JP3976645B2 - バッテリ充電状態測定方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバッテリの充電状態を測定するバッテリ充電状態測定方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンや軽油等を燃料とするエンジンとバッテリを電源として回転する電動機とを動力源として走行する、いわゆる、ハイブリットカーと呼ばれる車両においては、車両に搭載されたバッテリは、エンジンの回転中オルターネータの発電する電力によって充電され、エンジンを停止させて走行する際に電動機に対して電力供給を行うため放電される。このため、バッテリの充電状態を適切に把握し、必要以上にエンジンを回転させることなく、バッテリ電源を有効に活用することで、出来るだけ電動機を動力源として走行することが、燃費効率の向上を図る上で非常に重要である。
【０００３】
バッテリの充電状態を把握する方法として、充電中の電流を現在の充電状態に積算し、放電中の電流を現在の充電状態から減算する電流積算（電力積算）方式と呼ばれる方法が一般に採用されている。この方法は、バッテリの充放電される電気量を積算するものであるので、電気量（Ａｈ）で表されるバッテリの容量を求めるのに都合がよいとの理由から、充放電を伴うバッテリ使用中の充電状態を求める場合の主流となっている。
【０００４】
すなわち、電流積算方式では、車載バッテリがその種類に応じた満充電状態でのＡｈ値Ｘが予め分かっており、また、Ａｈ値が予め定めた値Ｙ以下になったときそれ以上の放電をすべきでないことも分かっているので、Ｘを充電状態１００％、Ｙを充電状態０％とし、１％当たりのＡｈ値Ｚを（Ｘ−Ｙ）／１００を予め求めておくとともに、充電電流Ｉｊと放電電流Ｉｄを一定時間間隔で測定し、各測定値に一定時間ｔを乗じたＡｈ値を加算したり減算して求めた積算値が±Ａｈ値Ｚ以上となる毎に％で表された現在の充電状態ｘに±１することによってバッテリ使用中の充電状態を求めるようにしたものである。
【０００５】
しかし、この方法の場合、測定した電流や時間に僅かの誤差があっても、それが蓄積されてしまうため、長い時間継続していると、測定した充電状態が実際の状態から大きくずれてしまうようになり、結果的に、バッテリの充電状態を正確に把握することができなくなってしまう問題がある。
【０００６】
そこで、より正確な充電状態を把握するため、適宜タイミングで校正を行うために充電状態を示す残容量を計算し、この算出した残容量にて電流時間積によって求めた充電状態を修正することを行うようにしたものも、例えば特開２００２−５１４７０や特許第３１０４４８３号などにおいて提案されている。
【０００７】
前者の方法では、無負荷状態での電圧特性により作成された端子電圧と充電状態との関係を示すマップを用意しておき、任意時点の無負荷状態で測定した端子電圧に基づいて、マップ検索を行って充電状態である残容量を計算により求めるものであり、後者の方法は、無負荷状態で所定時間経過して安定したバッテリの端子電圧に基づいて算出したバッテリの残容量にて修正するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の方法は、無負荷状態を強制的に短時間の間生成したときの端子電圧に基づいて残容量を算出することを想定しているため、それ以前のバッテリの充放電状態によって安定しないバッテリの端子電圧を測定することになり、同じ値の端子電圧であっても全く違った残容量が算出されるようになり、残容量を算出できる頻度は高いものの、精度が非常に悪いという問題がある。
【０００９】
この点、後者の方法では、端子電圧が安定する時点で測定した端子電圧を用いて残容量を算出しているので、非常に精度のよい残容量が算出でき、充電状態を現状にあったものに修正できるが、無負荷状態になってからバッテリの端子電圧が安定した状態になるには、例えば２４時間の長時間を要し、車両がこのような時間放置された時にしか修正できないという問題がある。
【００１０】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、充放電電流を長期間にわたって連続的に積算することによる大きな累積誤差の発生を生じ難くして、バッテリの充電状態をより正確に測定できるようにしたバッテリ充電状態測定方法及び装置を提供することを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するためなされた本発明は、充放電が終了した後のバッテリの端子電圧が、充放電終了直後に急激に下降又は上昇し、時間の進行に伴って充電状態を反映した一定の電圧値に向かって徐々に漸近するように推移し、しかも充放電終了直後から比較的短時間内の電圧の推移によって漸近する電圧値、すなわち、開回路電圧が推定でき、この推定した開回路電圧に基づいて充電状態を算出し、この算出した充電状態によってそれ以前に電流時間積方式によって求めていた充電状態を更新できることに着目してなされたものであり、請求項１乃至請求項１０記載の本発明はバッテリ充電状態測定方法に、請求項１１及び１２記載の本発明はバッテリ充電状態測定装置にそれぞれ関するものである。
【００１２】
前記課題を解決するためなされた請求項１に記載した本発明は、エンジンを動力源として走行する車両に搭載されて使用されるバッテリの充電電流及び放電電流をそれぞれ周期的に測定し、該周期的に測定した前記充電電流の前記バッテリの現在の充電状態に対する加算及び前記周期的に測定した前記放電電流の前記バッテリの現在の充電状態からの減算をそれぞれ行ってバッテリの充電状態を測定するバッテリ充電状態測定方法において、
前記バッテリの端子電圧を所定の周期で測定して収集しておき、
前記バッテリの充電又は放電が終了した後、又は、前記バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後の前記収集しておいた端子電圧に対して予め定めた複数の期間の各期間内の前記端子電圧に基づいて近似された所定の近似式が漸近する電圧値を各期間の想定開回路電圧として求め、隣接する期間の前記想定開回路電圧との差が最も小さくなる期間の前記想定開回路電圧を開回路電圧と推定し、
該推定した開回路電圧に基づいて前記バッテリの充電状態を演算して求め、
該求めた充電状態を用いて前記現在の充電状態を更新して設定するようにした
ことを特徴とするバッテリ充電状態測定方法に存する。
請求項１に記載した本発明によれば、エンジンを動力源として走行する車両に搭載されて使用されるバッテリの充電電流及び放電電流をそれぞれ周期的に測定し、この周期的に測定した充電電流のバッテリの現在の充電状態に対する加算及び周期的に測定した放電電流のバッテリの現在の充電状態からの減算をそれぞれ行ってバッテリの充電状態を測定しているが、バッテリの端子電圧を測定し、バッテリの充電又は放電が終了した後、又は、バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後、すなわち、バッテリの充電又は放電が実質的に終了した後に測定した端子電圧の推移に基づいて開回路電圧を推定し、この推定した開回路電圧に基づいてバッテリの充電状態を演算して求め、この求めた充電状態を用いて現在の充電状態を更新して設定するようにしているので、バッテリの充電又は放電が終了した後、又は、バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後の実質的な充放電が終了する毎に、その終了から短い時間の内に測定した端子電圧の推移により推定した開回路電圧に基づいて演算したバッテリの充電状態を用いて現在の充電状態が更新されて設定し直され、現在の充電状態が正確な値に更新されて設定されるようになり、それ以前に電流積算方式にり、測定した充放電電流による加減算によって求めた充電状態に累積する可能性のある誤差を解消できる。
【００２２】
そして、端子電圧の測定を所定の周期で行って収集しておき、開回路電圧の推定を、収集しておいた端子電圧に対して予め定めた複数の期間の各期間内の端子電圧に基づいて近似された所定の近似式が漸近する電圧値を各期間の想定開回路電圧として求め、隣接する期間の想定開回路電圧との差が最も小さくなる期間の想定開回路電圧を開回路電圧と推定することで行うので、バッテリの充電又は放電が実質的に終了した後、比較的短い時間内に測定したバッテリの端子電圧によって求めた想定開回路電圧のなかから最良のものを開回路電圧として推定できる。
【００２３】
また、請求項２に記載した本発明は、請求項１記載のバッテリ充電状態測方法において、前記複数の期間の各々を、充電又は放電が終了した後、又は、前記バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後の時間によって予め定めた複数の開始点の一つと複数の終了点の一つとの組み合わせによって定めることを特徴とするバッテリ充電状態測定方法に存する。
【００２４】
請求項２に記載した本発明によれば、複数の期間の各々を、充電又は放電が終了した後の時間によって予め定めた複数の開始点の一つと複数の終了点の一つとの組み合わせによって定めているので、充電又は放電が終了した後の所定時間内に、異なる複数の期間を網羅的に漏れなく設けて各期間の想定開回路電圧を求め、その中から精度の良い開回路電圧を見つけだすことができる。
【００２５】
また、請求項３に記載した本発明は、請求項２記載のバッテリ充電状態測方法において、前記開始点の最短のものと前記終了点の最長のものが、前記端子電圧を測定して収集する期間の開始と終了に対応することを特徴とするバッテリ充電状態測定方法に存する。
【００２６】
請求項３に記載した本発明によれば、開始点の最短のものと終了点の最長のものが、端子電圧を測定して収集する期間の開始と終了に対応するので、端子電圧を測定して収集する期間を別途定めることが必要なく、また使用しない無駄な端子電圧の測定も行わなくてもよい。
【００２７】
また、請求項４に記載した本発明は、請求項２又は３記載のバッテリ充電状態測方法において、前記開始点の最短のものと前記終了点の最長のものが、前記端子電圧を測定して収集する期間の開始と終了に対応することを特徴とするバッテリ充電状態測定方法に存する。
【００２８】
請求項４に記載した本発明によれば、開始点の最短のものと終了点の最長のものが、端子電圧を測定して収集する期間の開始と終了に対応するので、端子電圧を測定して収集する期間を別途定めることが必要なく、また使用しない無駄な端子電圧の測定も行わなくてもよい。
【００２９】
また、請求項５に記載した本発明は、請求項１〜４の何れかに記載のバッテリ充電状態測方法において、隣接する期間の前記想定開回路電圧との差の絶対値の総和を隣接する期間の数で除した値が最小となる期間を、隣接する期間の前記想定開回路電圧との差が最も小さくなる期間とすることを特徴とするバッテリ充電状態測定方法に存する。
【００３０】
請求項５に記載した本発明によれば、隣接する期間の想定開回路電圧との差の絶対値の総和を隣接する期間の数で除した値が最小となる期間を、隣接する期間の想定開回路電圧との差が最も小さくなる期間としているので、隣接する期間の数に関係なく相対比較した上で、バッテリの開回路電圧を推定することができる。
【００３１】
また、請求項６に記載した本発明は、請求項１〜５の何れかに記載のバッテリ充電状態測方法において、前記収集した端子電圧が下降するものであるとき、前記各期間の端子電圧と、想定した開回路電圧との差値により、べき数が負である予め定めた累乗近似式を決定し、該決定した累乗近似式のべき数が−０．５となるか、又は、略−０．５となるまで、前記累乗近似式の決定を前記想定開回路電圧を更新しながら繰り返し実行することによって、前記累乗近似式が漸近する電圧値を求めることを特徴とするバッテリ充電状態測定方法に存する。
【００３２】
請求項６に記載した本発明によれば、収集した端子電圧が下降するものであるとき、すなわち、端子電圧が充電の終了してからのものであるとき、各期間の端子電圧と、想定した開回路電圧との差値により、べき数が負である予め定めた累乗近似式を決定し、該決定した累乗近似式のべき数が−０．５となるか、又は、略−０．５となるまで、累乗近似式の決定を想定開回路電圧を更新しながら繰り返し実行することによって、累乗近似式が漸近する電圧値を求めているので、バッテリの充電が実質的に終了した後、比較的短い時間内に、各期間の累乗近似式の漸近線を各期間の想定開回路電圧として求めることができる。
【００３３】
また、請求項７に記載した本発明は、請求項１〜５の何れかに記載のバッテリ充電状態測方法において、前記収集した端子電圧が上昇するものであるとき、前記各期間の端子電圧から、想定した開回路電圧を減算した値の絶対値により、べき数が負である予め定めた累乗近似式を決定し、該決定した累乗近似式のべき数が−０．５となるか、又は、略−０．５となるまで、前記累乗近似式の決定を前記想定開回路電圧を更新しながら繰り返し実行することによって、前記累乗近似式が漸近する電圧値を求めることを特徴とするバッテリ充電状態測定方法に存する。
【００３４】
請求項７に記載した本発明によれば、収集した端子電圧が上昇するものであるとき、すなわち、端子電圧が放電の終了してからのものであるとき、各期間の端子電圧から、想定した開回路電圧を減算した値の絶対値により、各期間の端子電圧と、想定した開回路電圧との差値により、べき数が負である予め定めた累乗近似式を決定し、この決定した累乗近似式のべき数が−０．５となるか、又は、略−０．５となるまで、累乗近似式の決定を想定開回路電圧を更新しながら繰り返し実行することによって、累乗近似式が漸近する想定開回路電圧を求めているので、バッテリの放電が終了した後、比較的短い時間内に、各期間の累乗近似式の漸近線を各期間の想定開回路電圧として求めることができる。
【００３５】
また、請求項８に記載した本発明は、請求項６又は７に記載のバッテリ充電状態測方法において、バッテリの開回路電圧推定方法において、時間をｔ、未知の係数をα、未知の負のべき数をβとすると、前記累乗近似式がα・ｔβで表されることを特徴とするバッテリ充電状態測定方法に存する。
【００３６】
請求項８に記載した本発明によれば、時間をｔ、未知の係数をα、未知の負のべき数をβとすると、累乗近似式がα・ｔβで表されるので、累乗近似式α・ｔβのべき数βが−０．５になるか、略−０．５となったときの想定開回路電圧をその期間の想定開回路電圧とすることができる。
【００３７】
また、請求項９に記載した本発明は、請求項８記載のバッテリ充電状態測方法において、前記端子電圧を２以上の任意の数とし、該任意数の端子電圧を回帰計算処理して前記累乗近似式のべき数βを決定することを特徴とするバッテリ充電状態測定方法に存する。
【００３８】
請求項９に記載した本発明によれば、端子電圧を２以上の任意の数とし、この任意数の端子電圧を回帰計算処理して累乗近似式のべき数βを決定するので、累乗近似式α・ｔβのべき数βが−０．５とならなくても、累乗近似式の決定が予め定めた回数実行されたときに想定開回路電圧を求めることができる。
【００３９】
また、請求項１０に記載した本発明は、請求項１〜９の何れかに記載のバッテリ充電状態測方法において、前記バッテリの充電又は放電が終了した後、又は、前記バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後、前記バッテリの端子電圧が安定する予め定めた時間連続して該状態にあるとき、前記バッテリの端子電圧を測定することで開回路電圧を実測し、該実測開回路電圧に基づいて前記バッテリの充電状態を演算して求め、該求めた充電状態を用いて前記現在の充電状態を更新して設定するようにしたことを特徴とする請求項１〜１４の何れかに記載のバッテリ充電状態測定方法に存する。
【００４０】
請求項１０に記載した本発明によれば、バッテリの充電又は放電が終了した後、又は、バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後、バッテリの端子電圧が安定する予め定めた時間連続して該状態にあるときは、バッテリの端子電圧を測定することで開回路電圧を実測し、該実測開回路電圧に基づいてバッテリの充電状態を演算して求め、該求めた充電状態を用いて現在の充電状態を更新して設定するようにしているので、推定開回路電圧に基づいて演算した充電状態よりもより精度の良い充電状態を用いて現在の充電状態を更新することができる。
【００４１】
また、請求項１１に記載した本発明は、図１の基本構成図に示すように、エンジンを動力源として走行する車両に搭載されて使用されるバッテリの充電電流及び放電電流をそれぞれ周期的に測定する電流測定手段１５と、該電流測定手段によって周期的に測定した前記充電電流の前記バッテリの現在の充電状態に対する加算及び前記電流測定手段により周期的に測定した前記放電電流の前記バッテリの現在の充電状態からの減算をそれぞれ行ってバッテリの充電状態を測定する積算式充電状態測定手段２３ａ−１とを備えるバッテリ充電状態測定装置において、前記バッテリの端子電圧を所定の周期で測定して収集する電圧測定手段２３ａ−２と、充電又は放電が終了した後、又は、前記バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後の前記収集しておいた端子電圧に対して予め定めた複数の期間の各期間内の前記端子電圧に基づいて近似された所定の近似式が漸近する電圧値を各期間の想定開回路電圧として求め、隣接する期間の前記想定開回路電圧との差が最も小さくなる期間の前記想定開回路電圧を開回路電圧と推定する開回路電圧推定手段２３ａ−３と、該開回路推定手段により推定した開回路電圧に基づいて前記バッテリの充電状態を演算して求める演算手段２３ａ−４と、該演算手段により求めた充電状態を用いて前記現在の充電状態を更新して設定する充電状態更新手段２３ａ−５とを備えることを特徴とするバッテリ充電状態測定装置に存する。
【００４２】
請求項１１に記載した本発明によれば、電流測定手段１５によって周期的に測定した充電電流のバッテリの現在の充電状態に対する加算及び電流測定手段１５により周期的に測定した放電電流のバッテリの現在の充電状態からの減算を積算式充電状態測定手段２３ａ−１がそれぞれ行ってバッテリの充電状態を測定する。充電又は放電が終了した後、又は、バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後の電圧測定手段２３ａ−２が測定した端子電圧の推移に基づいて開回路電圧推定手段２３ａ−３が開回路電圧を推定し、この推定した開回路電圧に基づいて演算手段２３ａ−４がバッテリの充電状態を演算して求める。そして、演算手段２３ａ−４により求めた充電状態を用いて充電状態更新手段２３ａ−５が現在の充電状態を更新して設定するので、測定した充放電電流による加減算によって充電状態に累積する可能性のある誤差を、バッテリの充電又は放電が終了した後、又は、バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後の実質的な充放電が終了する毎に、その終了から短い時間の内に測定した端子電圧の推移により推定した開回路電圧に基づいて演算したバッテリの充電状態を用いて現在の充電状態が更新されて設定し直され、現在の充電状態が正確な値に更新されて設定されるようになり、それ以前に電流積算方式によって求めた充電状態に累積していた誤差を解消できる。そして、端子電圧の測定を所定の周期で行って収集しておき、開回路電圧の推定を、収集しておいた端子電圧に対して予め定めた複数の期間の各期間内の端子電圧に基づいて近似された所定の近似式が漸近する電圧値を各期間の想定開回路電圧として求め、隣接する期間の想定開回路電圧との差が最も小さくなる期間の想定開回路電圧を開回路電圧と推定することで行うので、バッテリの充電又は放電が実質的に終了した後、比較的短い時間内に測定したバッテリの端子電圧によって求めた想定開回路電圧のなかから最良のものを開回路電圧として推定できる。
【００４３】
また、請求項１２に記載した本発明は、請求項１１に記載のバッテリ充電状態測定装置において、前記電圧測定手段は、前記バッテリの充電又は放電が終了した後、又は、前記バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後、前記バッテリの端子電圧が安定する予め定めた時間連続して該状態にあるとき、前記バッテリの端子電圧を測定し、前記演算手段は、該測定した端子電圧を実測開回路電圧として前記バッテリの充電状態を演算して求め、前記充電状態更新手段は、前記実測開回路電圧に基づいて求めた充電状態を用いて前記現在の充電状態を更新して設定することを特徴とするバッテリ充電状態測定装置に存する。
【００４４】
請求項１２に記載した本発明によれば、バッテリの充電又は放電が終了した後、又は、バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後、バッテリの端子電圧が安定する予め定めた時間連続して該状態にあるときは、電圧測定手段がバッテリの端子電圧を測定し、この測定した端子電圧を実測開回路電圧として演算手段がバッテリの充電状態を演算して求め、充電状態更新手段が実測開回路電圧に基づいて求めた充電状態を用いて現在の充電状態を更新して設定するので、推定開回路電圧に基づいて演算した充電状態よりもより精度の良い充電状態を用いて現在の充電状態を更新することができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるバッテリ充電状態測定方法を、図２を参照して本発明によるバッテリ充電状態測定装置の一実施形態と共に説明する前に、本発明の基本的な考え方を説明する。
【００４６】
例えば、車両に搭載したバッテリの充電が終了した場合、バッテリの開放状態での端子電圧は、濃度分極によって上昇していた分が時間とともに解消して徐々に減少し、図３に示すように、例えば２４時間後のバッテリの平衡状態における端子電圧である開回路電圧ＥO に漸近するように変化し、このような漸近曲線は一般に累乗式で表される。
【００４７】
よって、今、開回路電圧ＥO が未知であるとき、図４に示すように、想定した開回路電圧Ｅを定め、この想定した開回路電圧Ｅを端子電圧Ｖ（ｔ）から減算すると、図５に示すように、横軸に漸近する累乗近似式α・ｔβで表されるようになる。また、拡散現象を累乗近似式α・ｔβで近似すると、べき数βが−０．５付近になるとされている。
【００４８】
そこで、バッテリの充電が終了後、図５に示すように、例えば５分の予め定めた時間Ｔａを経過してから、例えば１５分の予め定めた時間Ｔｂまでの間のバッテリの端子電圧を測定し、この測定した端子電圧より、想定した開回路電圧Ｅを減算し累乗近似式α・ｔβを算出する。
【００４９】
一般的に、拡散現象を累乗近似式α・ｔβで近似すると、べき数βが−０．５付近になるとされている。充電終了後の開回路電圧の変化は、電解液の拡散によって生じる電圧変化によるものであるとすることができるので、べき数βが−０．５になるような累乗近似式α・ｔβが得られたときの想定開回路電圧Ｅを開回路電圧とみなすことができる。
【００５０】
これに対して、バッテリの放電が終了した場合、バッテリの開放状態での端子電圧は、濃度分極によって下降していた分が時間とともに解消して徐々に増加し、例えば２４時間後のバッテリの平衡状態における端子電圧である開回路電圧ＥO に漸近する。なお、放電の場合、想定開回路電圧Ｅの方が累乗近似式α・ｔβより常に大きいので、測定した端子電圧より、想定した開回路電圧Ｅを減算した値が負となるので、端子電圧より想定開回路電圧Ｅを減算した値の絶対値を利用して累乗近似式α・ｔβを算出する。
【００５１】
一般的に、充電又は放電が終了した後、予め定めた時間を経過してから一定の時間の間にバッテリの端子電圧を複数回測定し、この測定した端子電圧から、想定した開回路電圧を減算した値により、べき数が負である予め定めた累乗近似式を決定し、この決定した累乗近似式のべき数が−０．５となるまで、累乗近似式の決定を想定開回路電圧を更新して繰り返し実行し、べき数が−０．５となったときの想定開回路電圧を開回路電圧と推定すればよい。
【００５２】
なお、想定開回路電圧を予め定めた回数更新して繰り返し実行しても、べき数が−０．５とならないことがあるときには、予め定めた回数が実行されたことによってべき数が略−０．５になったと判断し、このときの想定開回路電圧を開回路電圧と推定し、必要以上に累乗近似式を決定する処理を繰り返すことをなくすことができる。
【００５３】
また、充放電を停止した後、例えば５分の予め定めた時間Ｔａを経過してから、端子電圧のサンプリングを開始するのは、充放電直後の電圧変化には、内部抵抗、活性化分極、ガス発生に伴う過電圧など、電解液の拡散に関係ない電圧変化分が含まれており、この変化分をサンプリングすると誤差要因となるので、累乗近似式を求めるためのデータに含ませないためである。
【００５４】
そして、サンプリングを時間Ｔｂまでとしているのは、便宜上だけのためばかりでなく、時間経過について電圧変化分が小さくなることにより、測定の分解能によっては開回路電圧の推定精度を低下する虞があるほか、車両の暗電流による電圧降下の影響が時間経過により大きくなるからである。
【００５５】
上述したように、拡散現象を累乗近似式α・ｔβで近似すると、べき数βが−０．５付近になることを実証する具体的な例を図６に示して説明すると、開回路電圧１２．３４Ｖのバッテリにおいて、想定開回路電圧を１２．３４Ｖとし、これを充電の停止した後に測定した端子電圧から減算した値を用いて決定した累乗近似式では、べき数が−０．５００になっているのに対し、推定開回路電圧を１２．３４Ｖより小さい１２．２９Ｖにすると、べき数が−０．５００より大きい−０．４５２に、１２．３４Ｖより大きい１２．３９Ｖにするとべき数が−０．５００より小さい−０．５５９になる。このことから、累乗近似式のべき数が−０．５になったとき、想定開回路電圧が開回路電圧に等しくなることがわかる。
【００５６】
元の図面に戻って説明すると、図２は本発明のバッテリ充電状態測定方法を適用した本発明の一実施形態に係るバッテリ充電状態測定装置の概略構成を一部ブロックにて示す説明図であり、本実施形態のバッテリ充電状態測定装置は、エンジン３に加えてモータジェネレータ５を有するハイブリッド車両に搭載されている。
【００５７】
そして、このハイブリッド車両は、通常時はエンジン３の出力のみをドライブシャフト７からディファレンシャルケース９を介して車輪１１に伝達して走行させ、高負荷時には、バッテリ１３からの電力によりモータジェネレータ５をモータとして機能させて、エンジン３の出力に加えてモータジェネレータ５の出力をドライブシャフト７から車輪１１に伝達し、アシスト走行を行わせるように構成されている。
【００５８】
また、このハイブリッド車両は、減速時や制動時にモータジェネレータ５をジェネレータ（発電機）として機能させ、運動エネルギを電気エネルギに変換してバッテリ１３を充電させるように構成されている。
【００５９】
なお、モータジェネレータ５はさらに、図示しないスタータスイッチのオンに伴うエンジン３の始動時に、エンジン３のフライホイールを強制的に回転させるセルモータとして用いられるが、その場合にモータジェネレータ５には、短時間に大きな電流が流される。スタータスイッチのオンによりモータジェネレータ５によってエンジン３が始動されると、イグニッションキー（図示せず。）の操作解除に伴って、スタータスイッチがオフになってイグニッションスイッチやアクセサリスイッチのオン状態に移行し、これに伴ってバッテリ１３から流れる放電電流は、定常電流に移行する。
【００６０】
本実施形態のバッテリ充電状態測定装置１は、アシスト走行用のモータやセルモータとして機能するモータジェネレータ５等、電装品に対するバッテリ１３の放電電流Ｉや、ジェネレータとして機能するモータジェネレータ５からのバッテリ１３に対する充放電電流を検出する電流センサ１５と、バッテリ１３に並列接続した１Ｍオーム程度の抵抗を有し、バッテリ１３の端子電圧Ｖを検出する電圧センサ１７とを備えている。
【００６１】
また、本実施形態のバッテリ充電状態測定装置１は、上述した電流センサ１５及び電圧センサ１７の出力がインタフェース回路（以下、「Ｉ／Ｆ」と略記する。）２１におけるＡ／Ｄ変換後に取り込まれるマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と略記する。）２３をさらに備えている。
【００６２】
そして、前記マイコン２３は、ＣＰＵ２３ａ、ＲＡＭ２３ｂ、及び、ＲＯＭ２３ｃを有しており、このうち、ＣＰＵ２３ａには、ＲＡＭ２３ｂ及びＲＯＭ２３ｃの他、前記Ｉ／Ｆ２１が接続されており、また、上述した図示しないスタータスイッチ、イグニッションスイッチやアクセサリスイッチ、モータジェネレータ５以外の電装品（負荷）のスイッチ等が、さらに接続されている。
【００６３】
前記ＲＡＭ２３ｂは、各種データ記憶用のデータエリア及び各種処理作業に用いるワークエリアを有しており、前記ＲＯＭ２３ｃには、ＣＰＵ２３ａに各種処理動作を行わせるための制御プログラムが格納されている。
【００６４】
なお、上述した電流センサ１５及び電圧センサ１７の出力である電流値及び電圧値は、Ｉ／Ｆ２１を介してマイコン２３のＣＰＵ２３ａに取り込まれる。
【００６５】
次に、前記ＲＯＭ２３ｃに格納された制御プログラムに従いＣＰＵ２３ａが行うバッテリの開回路電圧推定処理を、図７を参照して説明する。
【００６６】
バッテリ１３からの給電を受けてマイコン２３は起動しているものとし、マイコン２３は、例えば電流センサ１５の出力をサンプリングして得た電流値に基づいて、電流値が０になっているかどうかにより、充電又は放電が終了したかどうかを判定する。この判定の結果、充電又は放電の終了が検出されたときに、図７のフローチャートに示す開回路電圧推定処理を開始する。この開回路電圧推定処理においては、まず充電又は放電の終了から例えば５分の予め定めた時間Ｔａが経過したどうかを判断する（ステップＳ１）。
【００６７】
時間が経過していないときには、時間が経過するのを待ち、時間が経過したときには（ステップＳ１のＹ）、次に例えば１０秒の一定時間毎に電圧センサ１６の出力によりバッテリの端子電圧を端子電圧としてサンプリングしてこれをＲＡＭ２３ｂのデータエリア（記憶手段に相当する）に格納、記憶する（ステップＳ２）。そして、このサンプリングを、充電又は放電の終了から例えば１５分の予め定めた時間Ｔｂが経過するまで継続する（ステップＳ３のＮ）。
【００６８】
時間Ｔｂが経過すると（ステップＳ３のＹ）、次に、測定した端子電圧Ｖ（ｔ）と、想定した開回路電圧Ｅとの差値、即ち、充電後の場合は、測定した端子電圧Ｖ（ｔ）から想定した開回路電圧Ｅを減算した値、放電後の場合は、測定した端子電圧Ｖ（ｔ）から想定した開回路電圧Ｅを減算した値の絶対値、を求め（ステップＳ４）、求めた値ｆ（ｔ）について累乗近似処理を行ってべき数が負である予め定めた累乗近似式を決定する（ステップＳ５）。
【００６９】
累乗近似式が決定したら、次に決定した累乗近似式のべき数βが−０．５に等しいかどうかを判断し（ステップＳ６）、この判断の結果、べき数βが−０．５となっていないときには（ステップＳ６のＮ）、想定開回路電圧Ｅを更新し（ステップＳ７）、この更新した想定開回路電圧について、上記ステップＳ４に戻って、測定した端子電圧Ｖ（ｔ）から、想定した開回路電圧Ｅを減算する処理を行う。べき数βが−０．５となったときには（ステップＳ６のＹ）、べき数βが−０．５となったときの想定開回路電圧Ｅを開回路電圧と推定する（ステップＳ８）。その後、推定した開回路電圧に基づいてバッテリの充電状態を演算し（ステップＳ９）、この演算した充電状態を用いて現在の充電状態を更新して設定し直す（ステップＳ１０）。
【００７０】
上記ステップＳ１０において、ステップＳ８において推定した開回路電圧に基づいてステップＳ９において演算して求められた充電状態を用いて現在の充電状態を更新して設定し直した後は、例えば１分などの一定時間毎に、電流センサ１５の出力をサンプリングして得た電流値に基づいて、電流値が０になっているかどうかにより、充電又は放電の終了した状態が継続しているかどうかを判断する（ステップＳ１０ａ）。継続しているとき（ステップＳ１０ａのＹ）には、続いて、その状態が、充放電によって発生した各種の分極が解消してバッテリの端子電圧が安定する予め定めた時間、例えば２４時間連続してとかどうかを判断し（ステップＳ１０ｂ）する。実質的に充放電が停止した状態が一定時間以上継続しているとき（ステップＳ１０ｂのＹ）には、バッテリの端子電圧を測定することで開回路電圧を実測する（ステップＳ１０ｃ）。この実測した開回路電圧は、ステップＳ９において、推定開回路電圧に代えて充電状態を演算するために利用され、この実測開回路電圧に基づいて演算して求められた充電状態は、ステップＳ１０において、現在の充電状態を更新して設定し直すために利用される。
【００７１】
このように、充放電が停止している状態が２４時間の一定時間継続していることで、バッテリの端子電圧がバッテリの充電状態を反映した安定状態にある判断して自動的に開回路電圧を実測し、この実測開回路電圧に基づいて演算し求めた充電状態によって現在の充電状態を更新しているので、推定開回路電圧を利用する場合に比べて頻度は少ないものの、それよりも精度のよい充電状態に設定し直すことができる。なお、フローチャートには図示を省略しているが、実測開回路電圧に基づいて求めた充電状態によって現在の充電状態を更新したときには、そこで処理を終わらせ、無駄な処理を行わないようにする。
【００７２】
なお、推定した開回路電圧に基づいてバッテリの充電状態の演算は、平衡状態に開回路電圧と充電状態との既知の関係に基づいて予め定めた関係式、或いは、テーブルを使用して行われ、バッテリに何らかの劣化が有るときには、劣化を別途把握した上でこれを考慮した演算を行うことによって、放電可能な充電状態を求めることができる。
【００７３】
また、フローチャートには記載はないが、決定した累乗近似式のべき数がなかなか−０．５とならないときには、図のフローチャートには示していないが、累乗近似式の決定が予め定めた回数行われた時点での想定開回路電圧Ｅを開回路電圧と推定して一連の処理動作を終らせることもできる。
【００７４】
また、フローチャートには記載はないが、時間Ｔａから時間Ｔｂまでの間において行うサンプリングは１０秒の一定間隔で行ってるが、時間Ｔａから時間Ｔｂまでの間に例えば３回、サンプリング周期を短くしてサンプリングし、等間隔でサンプリングしたときと同じ数の端子電圧を読み込むようにし、サンプリングしていない期間マイコンをスリープ状態にすることもできる。
【００７５】
上記ステップＳ５における累乗近似式の決定の仕方を以下に説明する。累乗近似式ｙ＝α・ｘβは
ｌｎ（ｙ）＝ｌｎ（α）＋β・ｌｎ（ｘ）
とすることができる。今、ｌｎ（ｙ）＝Ｙ、ｌｎ（α）＝Ａ、ｌｎ（ｘ）＝Ｘとすると、
Ｙ＝Ａ＋β・Ｘ
という直線の方程式になる。
Ａとβは回帰分析により求めると次のようになる。
【００７６】
近似式と実際のデータとの間の差をεとおくと、
Ｙｉ＝Ａ＋β・Ｘｉ＋εｉ （ｉ＝１、２、…、ｎ）
とすることができる。εｉを全体で最小になるようなＡとβを求めればよいことから、εｉ2 の合計が最小になるＡとβを求める。
【００７７】
以上は、最小二乗法を記述したもので、最小二乗法によれば、次式によって表される。
δΣεｉ／δＡ＝０
δΣεｉ／δβ＝０
この連立方程式を解くと、
ΣＹｉ−βΣＸｉ−ΣＡ＝０
ΣＸｉＹｉ−βΣＸｉ2 −ＡΣＸｉ＝０
これにより、
β＝（ΣＸｉＹｉ−ｎＸａＹａ）／（ΣＸｉ2 −ｎＸａ2 ）
Ａ＝Ｙａ−βＸａ
【００７８】
なお、ＸｉはＸ軸データ、ＹｉはＹ軸データ、ｎはデータ数、ＸａはＸｉの平均値、ＹａはＹｉの平均値である。上述したように、Ａ＝ｌｎ（α）であるので、
α＝ｅA
よって、累乗近似式ｙ＝α・ｘβを求めることができる。
【００７９】
次に、上記ステップＳ７における想定開回路電圧の更新の仕方について、図８及び表１を参照して説明する。
【表１】
【００８０】
充放電終了後の開回路電圧を推定する際に、一般に２分木探索法と呼ばれる方法で想定開回路電を更新する。最初に、想定開回路電圧は、図８に示すように、例えば上限想定開回路電圧Ｖ(Tb)と下限想定開回路電圧０と、その中間想定開回路電圧Ｖ(Tb)／２の場合について累乗近似を行う。
【００８１】
それぞれの近似から求められるβ（Ｖ(Tb)）、β（０）、β（Ｖ(Tb)／２）を相互に比較し、中間想定開回路電圧のβが−０．５に等しいか、等しくない場合には、−０．５に対して大きいか、小さいかの比較を行う。中間想定開回路電圧のβが−０．５でない場合、−０．５となるデータが含まれている範囲、表１の例では、中間想定開回路電圧と上限想定開回路電圧との間の範囲について２分割した想定開回路電圧（Ｖ(Tb)＋Ｖ(Tb)／２）／２のβを算出し、β＝−０．５となるまで比較演算を繰り返す。その具体的な例を表１に示している。表１の例では、探索回数１以外でも、下限、中間及び上限のそれぞれのべき数βを演算して求めているが、２回目以降の探索では、べき数βの演算は中間だけでよい。
【００８２】
なお、想定開回路電圧を更新して繰り返し実行しても、べき数が−０．５とならいことがあるときには、下限想定開回路電圧と上限想定開回路電圧の小数点以下３桁目の数値が１程度の差しかなくなったところで、べき数が略−０．５になったと判断し、このときの想定開回路電圧を開回路電圧と推定し、必要以上に累乗近似式を決定する処理を繰り返すことをなくすることができる。
【００８３】
最初の上限想定開回路電圧をＶ(Tb)とするのは、開回路電圧がＶ(Tb)よりも高くなることがないからである。下限想定開回路電圧については、放電完了（容量０％）時の開回路電圧でもよいが、過放電が行われている場合には、放電完了（容量０％）時の開回路電圧を下まわる可能性があるので初期値を０Ｖにしている。
【００８４】
次に、本実施形態の開回路電圧推定動作（作用）について説明する。まず、ハイブリッド車両のモータジェネレータ５以外の電装品（負荷）が作動したり、モータジェネレータ５がモータとして機能するように作動しているときはバッテリ１３が放電を行っているが、モータジェネレータ５がジェネレータとして機能するように作動しているときにはバッテリ１３に充電が行われている。このバッテリの充放電は電流センサ１５の出力を取り込むことによって検出でき、充放電の終了も電流センサ１５の出力が所定値以下になっていることよって検出できる。
【００８５】
電流センサ１５の出力により、充放電の終了が検出されると、それから一定時間Ｔａが経過した時点から時間Ｔｂまでの間、電圧センサ１７の出力を取り込むことによって、バッテリの端子電圧を端子電圧として周期的に測定し、これらの電圧値と充放電の終了後からの経過時間をＲＡＭ２３ｂのデータエリアに格納、記憶して収集する。収集された端子電圧Ｖ（ｔ）から想定開回路電圧Ｅを減算し、減算して求めた値から最小二乗法を適用して累乗近似式を決定する。決定した累積近似式α・ｔβのべき数βが−０．５となっているかどうかを判断し、べき数βが−０．５になっていないときには、想定開回路電圧Ｅを新しいものに更新して再度同様の処理を行って累乗近似式α・ｔβを決定する。以上の動作をべき数βが−０．５になるか、又は、略−０．５になるまで繰り返し行い、何れかが成立したとき、そのときの想定開回路電圧を開回路電圧と推定するようにする。なお、略−０．５になったことの確認は、累乗近似式の決定回数が所定回数となるか、又は、想定開回路電圧範囲が予め定めた範囲以下になったことで行うことができる。
【００８６】
上述したように推定した開回路電圧は、累乗近似式α・ｔβの漸近線となっているので、時間Ｔａ及びＴｂが異なっても、移動するものでないので、バッテリの特性が多少異なっていてもそのまま適用することができる。しかも、充放電の終了から時間Ｔａ〜Ｔｂの間、充放電電流が流れなければ、その都度、開回路電圧を推定することが可能になり、開回路電圧を推定できる頻度を多くすることができる。
【００８７】
そして、本発明は、モータジェネレータが回生電力をバッテリに充電するようになっているハイブリットカーなどの車両において、バッテリの充電状態を適切に知り、効率的にバッテリを利用して燃費向上を図るために有効に適用できる。
【００８８】
なお、本願明細書中においては、分極などの影響を受けた端子電圧を端子電圧とし、平衡状態のときの端子電圧を開回路電圧としている。
【００８９】
また、本実施形態では、ハイブリッド車両においてバッテリの開回路電圧を推定する場合について説明したが、本発明は、一般的な１４Ｖ車両や１４Ｖと４２Ｖ等の多電源車、電気自動車、通常のガソリン自動車等、種々の車両に搭載されたバッテリの開回路電圧の推定に適用可能であることは、言うまでもない。
【００９０】
ところで、一般的に、充放電直後のバッテリの端子電圧の変化には、内部抵抗、活性化分極、ガス発生を伴う過電圧など、電解液の拡散に関係の無い電圧変化分を含んでいて、誤差要因となるので、何れの場合にも電解液の拡散に関係の無い電圧変化分を含む期間の端子電圧については、端子電圧を測定して収集しても意味がない。
【００９１】
また、一般的に、時間が経過するにつれ電圧変化が小さくなることにより、測定の分解能によっては推定精度が低下する恐れがあので、何れの場合にも分解能が低すぎて推定精度のでない期間の端子電圧については、それ以上の端子電圧の測定に意味がなくなる。
【００９２】
そこで、電解液の拡散に関係の無い電圧変化分を含んでいて、誤差要因となる期間の測定を除くため、端子電圧の測定開始点を、充放電の終了から所定時間Ｔａ経過した後からとして定めることもできるが、バッテリの状況によって、誤差要因の解消する時点が異なり、一律に定めると、バッテリの状況によっては、誤差要因のない端子電圧を測定して使用できなかったり、あるいは、誤差要因のある端子電圧を測定して使用してしまったりする。
【００９３】
また、測定の分解能によって推定精度が低下する期間に入ってからの測定を除くため、端子電圧の測定終了点を、充放電の終了から所定時間Ｔｂ経過したところまでとして定めることもできるが、分解能が問題になるのは、累乗近似を行うために使用する端子電圧相互間の誤差要因の大小である。すなわち、累乗近似に使用する他の端子電圧に含まれる誤差要因との大小が問題になるのであって、一律に決めると、バッテリの状況によっては、問題にならない分解能の端子電圧を測定して使用できなかったり、あるいは、問題になる分解能の端子電圧を測定して使用してしまったりする。
【００９４】
勿論、バッテリがどのような状況になっても、誤差要因の入らない期間を設定することも考えられるが、このような考えのもとで、測定期間を予め定めようとすると、測定期間が存在しなくなったり、定めた期間が必ずしも適切なものでなかったりする。
【００９５】
よって、バッテリの状況に左右されることなく、バッテリの開回路電圧を正確に推定できるようにする考え方を以下説明する。
【００９６】
先ず、端子電圧の測定開始点を定める充放電の終了から所定時間Ｔａとして、誤差要因の解消が早い場合の端子電圧を測定できる早めの例えば５分を、端子電圧の測定終了点を定める充放電の終了から所定時間Ｔｂとして、多少分解能が低下する場合の端子電圧も測定できる遅めの例えば８０分をそれぞれ設定し、充放電の終了から所定時間Ｔａ乃至Ｔｂの測定期間の間、例えば１０秒の所定の周期で端子電圧を測定し、この測定した端子電圧をメモリに記憶させることで収集する。
【００９７】
なお、充放電を停止した後、例えば５分の予め定めた時間Ｔａを経過してから、端子電圧のサンプリングを開始するのは、充放電直後の電圧変化には、内部抵抗、活性化分極、ガス発生に伴う過電圧など、電解液の拡散に関係ない電圧変化分が含まれており、この変化分をサンプリングすると誤差要因となるので、累乗近似式を求めるためのデータに含ませないためである。
【００９８】
また、サンプリングを例えば８０分の予め定めた時間Ｔｂまでとしているのは、便宜上だけのためばかりでなく、時間経過について電圧変化分が小さくなることにより、測定の分解能によっては開回路電圧の推定精度を低下する虞があるほか、車両の暗電流による電圧降下の影響が時間経過により大きくなるからである。
【００９９】
次に、充放電の終了から所定時間Ｔａ乃至Ｔｂの測定期間の間に測定して収集した端子電圧に対して複数の期間を予め定めるため、所定時間Ｔａ（５分）に対応して、５分を最短点Ｔａ１とし、これに１０分に例えば１０分の一定時間を加算してＴａ２（１５分）、Ｔａ３（２５分）、Ｔａ４（３５分）、Ｔａ５（４５分）を定めるとともに、所定時間Ｔｂ（８０分）に対応して、８０分を最長点Ｔｂ４とし、これから例えば２０分の一定時間を減算してＴｂ３（６０分）、Ｔｂ２（４０分）、Ｔｂ１（２０分）を定める。そして、Ｔａ１（５分）、Ｔａ２（１５分）、Ｔａ３（２５分）、Ｔａ４（３５分）、Ｔａ５（４５分）を各期間の開始点の一つとして、Ｔｂ４（８０分）、Ｔｂ３（６０分）、Ｔｂ２（４０分）、Ｔｂ１（２０分）を各期間の終了点の一つとしてそれぞれ使用し、複数の開始点の一つと複数の終了点の一つとの組み合わせによって、収集した端子電圧に対して複数の期間を予め定めている。
【０１００】
すなわち、充放電の終了から所定時間Ｔａ乃至Ｔｂの測定期間の間に測定して収集した端子電圧に対して、Ｔａ１（５分）−［Ｔｂ４（８０分）、Ｔａ２（１５分）−［Ｔｂ４（８０分）、Ｔｂ３（６０分）、Ｔｂ２（４０分）又はＴｂ１（２０分）］、Ｔａ３（２５分）−［Ｔｂ４（８０分）、Ｔｂ３（６０分）又はＴｂ２（４０分）］、Ｔａ４（３５分）−［Ｔｂ４（８０分）、Ｔｂ３（６０分）又はＴｂ２（４０分）］、Ｔａ５（４５分）−［Ｔｂ４（８０分）又はＴｂ３（６０分］という異なる１６個の期間が網羅的に漏れなく設定できるようになっている。
【０１０１】
なお、開始点の最短点と終了点の最長点が、端子電圧を測定して収集する期間の開始と終了の点に対応させているので、端子電圧を測定して収集する期間を別途設けることが必要ない。また、複数の開始点の間隔を複数の終了点の間隔よりも小さくしているので、内部抵抗、活性化分極、ガス発生を伴う過電圧など、電解液の拡散に関係の無い電圧変化分を含んでいて、誤差要因となり易い充電又は放電直後に近い部分について、より細かく期間を設定することが可能になっている。
【０１０２】
そこで、バッテリの充放電が終了後、例えば５分の予め定めた時間Ｔａを経過してから、例えば８０分の予め定めた時間Ｔｂまでの間のバッテリの端子電圧を例えば１０秒の周期で測定して収集する。この測定し収集した端子電圧に対して予め定めた複数の期間の各期間内の端子電圧に基づいて近似された、べき数が−０．５となるか、又は、略−０．５となる累乗近似式が漸近する電圧値を各期間の想定開回路電圧として求める。
【０１０３】
特に、バッテリの充電が終了後の場合には、図５に示すように、各期間の収集した端子電圧より、想定した開回路電圧Ｅを減算し各期間の累乗近似式α・ｔβを算出する。
【０１０４】
これに対して、バッテリの放電が終了した場合、バッテリの開放状態での端子電圧は、濃度分極によって下降していた分が時間とともに解消して徐々に増加し、例えば２４時間後のバッテリの平衡状態における端子電圧である開回路電圧ＥO に漸近する。このように、放電の場合、想定開回路電圧Ｅの方が累乗近似式α・ｔβより常に大きいので、各期間の測定した端子電圧より、想定した開回路電圧Ｅを減算した値が負となるので、端子電圧より想定開回路電圧Ｅを減算した値の絶対値を利用して各期間の累乗近似式α・ｔβを算出する。
【０１０５】
一般的に、充電又は放電が終了した後、各期間の測定した端子電圧から、想定した開回路電圧を減算した値により、べき数が負である予め定めた累乗近似式を決定し、この決定した累乗近似式のべき数が−０．５となるまで、累乗近似式の決定を想定開回路電圧を更新して繰り返し実行し、べき数が−０．５となったときの想定開回路電圧を開回路電圧と推定すればよい。
【０１０６】
なお、想定開回路電圧を予め定めた回数更新して繰り返し実行しても、べき数が−０．５とならないことがあるときには、予め定めた回数が実行されたことによってべき数が略−０．５になったと判断し、このときの想定開回路電圧を開回路電圧と推定し、必要以上に累乗近似式を決定する処理を繰り返すことをなくすことができる。
【０１０７】
今、バッテリを０から１００％まで充電した場合について、上述したように充電の終了から所定時間Ｔａ１から所定時間Ｔｂ４まで１０秒の一定の周期で測定した端子電圧に基づき、上述したようにして各期間の測定した端子電圧を累乗近似して想定開回路電圧を求め、その結果を表にして示すと、表２のようになる。
【０１０８】
【表２】
【０１０９】
表２には、隣接する期間の想定開回路電圧との差も一緒に示されている。例えば、期間Ｔａ２−Ｔｂ３の想定開回路電圧は１２．７７６５Ｖであるが、この期間の左の期間Ｔａ２−Ｔｂ２の想定開回路電圧１２．７６００Ｖ、右の期間Ｔａ２−Ｔｂ４の想定開回路電圧１２．７９００Ｖ、上の期間Ｔａ１−Ｔｂ３の想定開回路電圧１２．７７５２Ｖ、下の期間Ｔａ３−Ｔｂ３の想定開回路電圧１２．７８８５Ｖとの差は、０．０１６５、−０．０１３４、０．００１３、−０．０１１３となることが示されている。なお、表１中、上下左右に隣接する期間のない期間については、隣接する期間の想定開回路電圧との差を見ることができないので、ブランクにしてある。
【０１１０】
上述したようにして求めた各期間について求めた隣接する期間の想定開回路電圧との差を相互に比較すると、期間Ｔａ１−Ｔｂ３（５分−６０分）の間に測定した端子電圧を使用して決定した累乗近似式が漸近する漸斤値から求まる想定開回路電圧が隣接する期間との差が最も小さくなっていることが分かる。そして、この期間Ｔａ１−Ｔｂ３（５分−６０分）の測定した端子電圧に基づく想定開回路電圧は、充電後のバッテリが平衡する２４時間経過した時点で測定した端子電圧、すなわち、平衡状態の開回路電圧の実測値１２．７７４２５Ｖとの差が約１ｍＶと非常に小さく、他の期間にこれよりも小さな違いの想定開回路電圧が存在しないことも確認された。
【０１１１】
下表３は、バッテリを５０％まで充電し、表２の場合とは状況の異なるバッテリについて示したものであるが、この表２からは、表１の場合と異なり、期間Ｔａ４−Ｔｂ３（３５分−６０分）の間に測定した端子電圧を使用して決定した累乗近似式が漸近する漸斤値から求まる想定開回路電圧１２．３０４０Ｖが、平衡状態の開回路電圧の実測値１２．２９６９Ｖとの差が約７ｍＶとなり、期間Ｔａ１−Ｔｂ３（５分−６０分）の約２７ｍＶよりも小さくなっていることが分かる。
【０１１２】
【表３】
【０１１３】
要するに、予め定めた複数の期間において求めた想定開回路電圧のうち、隣接する期間の想定開回路電圧の差が最も小さくなる期間、具体的には、隣接する期間の想定開回路電圧との差の絶対値の総和を隣接する期間の数で除した値が最小となる期間の想定開回路電圧をもってバッテリの開回路電圧とすることで、開回路電圧を精度良く推定することができることが分かる。
【０１１４】
次に、前記ＲＯＭ２３ｃに格納された制御プログラムに従いＣＰＵ２３ａが行うバッテリの開回路電圧推定処理を、図９及び図１０を参照して説明する。
【０１１５】
バッテリ１３からの給電を受けてマイコン２３は起動しているものとし、マイコン２３は、例えば電流センサ１５の出力をサンプリングして得た電流値に基づいて、電流値が０になっているかどうかにより、充電又は放電が終了したかどうかを判定する。この判定の結果、充電又は放電の終了が検出されたときに、図９のフローチャートに示す開回路電圧推定処理を開始する。この開回路電圧推定処理においては、まず充電又は放電の終了から例えば５分の予め定めた時間Ｔａ１が経過したかどうかを判断する（ステップＳ１１）。
【０１１６】
時間が経過していないときには、時間が経過するのを待ち、時間が経過したときには（ステップＳ１１のＹ）、次に例えば１０秒の一定時間毎に電圧センサ１７の出力によりバッテリの端子電圧を端子電圧として測定してこれをＲＡＭ２３ｂのデータエリア（端子電圧収集手段に相当する）に格納、記憶することで収集する（ステップＳ１２）。そして、このサンプリングを、充電又は放電の終了から例えば８０分の予め定めた時間Ｔｂ４が経過するまで継続する（ステップＳ１３のＮ）。
【０１１７】
時間Ｔｂ４が経過すると（ステップＳ１３のＹ）、次に、充電又は放電が終了した後の時間５分から８０分によって定められる測定期間の中に予め定めた複数の開始点５分、１５分、２５分及び３５分の一つを選択してＴａを設定する（ステップＳ１４）とともに、予め定めた複数の終了点２０分、４０分、６０分及び８０分の一つを選択してＴｂを設定し、この選択設定された開始点と終了点とを組み合わせて複数の期間の一つが定められる（ステップＳ１４及びステップＳ１５）。期間が定められたら、その期間の測定した端子電圧を使用して当該期間の想定開回路電圧を算出する処理を行う（ステップＳ１６）この想定開回路電圧算出処理は、全ての期間について終了するまで継続して行われる（ステップＳ１７のＮ）。
【０１１８】
全ての期間の想定開回路電圧が算出されたら、各期間の想定開回路電圧について、隣接する期間の想定開回路電圧との差を算出してこれをＲＡＭ２３ｂのデータエリア（記憶手段に相当する）に格納する（ステップＳ１８）。そして、この格納した隣接する期間の想定開回路電圧との差が最も小さい期間を選出し、この選出した期間の想定開回路電圧をもってバッテリの開回路電圧と推定する（ステップＳ１９）。隣接する期間の想定開回路電圧の差が最も小さくなる期間の選出は、具体的には、隣接する期間の想定開回路電圧との差の絶対値の総和を隣接する期間の数で除した値が最小となる期間を選出することで行われる。
【０１１９】
また、上述した図９のフローチャート中のステップＳ１６における各期間の想定開回路電圧算出処理は、具体的には、図１０のフローチャートに示すようにして行われる。
【０１２０】
先ず、各期間の測定した端子電圧Ｖ（ｔ）と、想定した開回路電圧Ｅとの差値、即ち、充電後の場合は、測定した端子電圧Ｖ（ｔ）から想定した開回路電圧Ｅを減算した値、放電後の場合は、測定した端子電圧Ｖ（ｔ）から想定した開回路電圧Ｅを減算した値の絶対値、を求め（ステップＳ１６ａ）、求めた値ｆ（ｔ）について累乗近似処理を行ってべき数が負である予め定めた累乗近似式を決定する（ステップＳ１６ｂ）。
【０１２１】
累乗近似式が決定したら、次に決定した累乗近似式のべき数βが−０．５に等しいかどうかを判断し（ステップＳ１６ｃ）、この判断の結果、べき数βが−０．５となっていないときには（ステップＳ１６ｃのＮ）、想定開回路電圧Ｅを更新し（ステップＳ１６ｄ）、この更新した想定開回路電圧について、上記ステップＳ１６ａに戻って、測定した端子電圧Ｖ（ｔ）から、想定した開回路電圧Ｅを減算する処理を行う。べき数βが−０．５となったときには（ステップＳ１６ｃのＹ）、べき数βが−０．５となったときの想定開回路電圧Ｅを当該期間の想定開回路電圧としてＲＡＭ２３ｂのデータエリア（記憶手段に相当する）に格納（ステップＳ１６ｅ）して一連の処理動作を終了し、図９のフローチャートに戻る。
【０１２２】
なお、図１０のフローチャートには記載はないが、決定した累乗近似式のべき数がなかなか−０．５とならないときには、累乗近似式の決定が予め定めた回数行われた時点での電圧値を当該期間の想定開回路電圧Ｅとして求めて一連の処理動作を終らせることもできる。また、図７のフローチャートと同様に、実測開回路電圧による充電状態の更新を行わせることがもできる。
【０１２３】
また、図１０のフローチャートでは、時間Ｔａ１から時間Ｔｂ４までの間において１０秒の一定間隔で測定を行っていることになっているが、１０秒毎の測定時以外の期間マイコンをスリープ状態にすることもできる。
【０１２４】
上記ステップＳ１６ｂにおける累乗近似式の決定の仕方は、図７のフローチャートのステップＳ５に関連して上述したと同様のものでよい。
【０１２５】
次に、上記ステップＳ１６ｄにおける想定開回路電圧の更新の仕方は、図８及び表１を参照して行った上述したと同様のものでよい。
【０１２６】
次に、本実施形態の開回路電圧推定動作（作用）について説明する。電流センサ１５の出力により、充放電の終了が検出されると、それから一定時間Ｔａ１が経過した時点から時間Ｔｂ４までの間、電圧センサ１７の出力を取り込むことによって、バッテリの端子電圧を端子電圧として周期的に測定し、これらの電圧値と充放電の終了後からの経過時間をＲＡＭ２３ｂのデータエリアに格納、記憶して収集する。
【０１２７】
収集された端子電圧に対しては予め定めた複数の期間が設定され、各期間の端子電圧Ｖ（ｔ）から想定開回路電圧Ｅを減算し、減算して求めた値から最小二乗法を適用して累乗近似式を決定する。決定した累積近似式α・ｔβのべき数βが−０．５となっているかどうかを判断し、べき数βが−０．５になっていないときには、想定開回路電圧Ｅを新しいものに更新して再度同様の処理を行って各期間の累乗近似式α・ｔβを決定する。以上の動作をべき数βが−０．５になるか、又は、略−０．５になるまで繰り返し行い、何れかが成立したとき、そのときの電圧値をその期間の想定開回路電圧として求めるようにする。なお、略−０．５になったことの確認は、累乗近似式の決定回数が所定回数となるか、又は、想定開回路電圧範囲が予め定めた範囲以下になったことで行うことができる。
【０１２８】
上述したように求めた各期間の想定開回路電圧は、累乗近似式α・ｔβの漸近線となっているので、バッテリの特性が多少異なっていてもそのまま適用することができる。しかも、充放電の終了から時間Ｔａ１〜Ｔｂ４の間、充放電電流が流れなければ、その都度、開回路電圧を推定することが可能になり、開回路電圧を推定できる頻度を多くすることができる。
【０１２９】
そして、本発明は、モータジェネレータが回生電力をバッテリに充電するようになっているハイブリットカーなどの車両において、バッテリの充電状態を適切に知り、効率的にバッテリを利用して燃費向上を図るために有効に適用できる。
【０１３０】
なお、本願明細書中においては、分極などの影響を受けた端子電圧を端子電圧とし、平衡状態のときの端子電圧を開回路電圧としている。
【０１３１】
更に、本実施形態では、表２の例では、充電又は放電が終了した後、８０分まで測定しているが、測定した端子電圧を読み込む際のアナログ−デジタル変換の分解能が５ｍＶ程度である場合には、６０分までの測定で十分であり、８０分まで測定することは必要ない。
【０１３２】
また、実施の形態では、Ｔａについては１０分、Ｔｂについては２０分間隔で設定しているが、この間隔は今以上に小さくすることもできる。一般的には、細分化により精度は向上するが、上述した間隔でも、隣接する期間の電圧差が十分に小さいので、今以上に細分化しても演算回数が増えることによる負担増加に比較して精度の面での向上は多くは望めない。
【０１３３】
また、本実施形態のバッテリ充電状態測定装置では、図７及び図９のフローチャートにおけるステップＳ２が請求項中の電圧測定手段２３ａ−２に対する処理となっており、図７のステップＳ４〜Ｓ８、図１０のステップＳ１６ａ〜Ｓ１６ｅが請求項中の開回路電圧推定手段２３ａ−３に対応する処理となっており、図７のステップＳ９が請求項中の演算手段２３ａ−４に対応する処理となっており、図７のステップＳ１０が請求項中の充電状態更新手段２３ａ−５に対応する処理となっている。なお、請求項中の積算式充電状態測定手段２３ａ−１に対応する処理については、フローチャートでの図示は省略している。
【０１３４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１又は１２記載の発明によれば、バッテリの充電又は放電が終了した後、又は、バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後の実質的な充放電が終了する毎に、その終了から短い時間の内に測定した端子電圧の推移により推定した開回路電圧に基づいて演算したバッテリの充電状態を用いて現在の充電状態が更新されて設定し直され、現在の充電状態が正確な値に更新されて設定されるようになり、それ以前に電流積算方式により、測定した充放電電流による加減算によって求めた充電状態に累積する可能性のある誤差を解消できるので、充放電電流を長期間にわたって連続的に積算することによる大きな累積誤差の発生を生じ難くして、バッテリの充電状態をより正確に測定できるバッテリ充電状態測定方法及び装置を提供することができる。
【０１３７】
そして、バッテリの充電又は放電が実質的に終了した後、比較的短い時間内に測定したバッテリの端子電圧によって求めた想定開回路電圧のなかから最良のものを開回路電圧として推定できるので、この開回路電圧に基づいてバッテリの充電状態をより正確に測定できるバッテリ充電状態測定方法を提供することができる。
【０１３８】
請求項２記載の発明によれば、充電又は放電が終了した後の所定時間内に、異なる複数の期間を網羅的に漏れなく設けて各期間の想定開回路電圧を求め、その中から精度の良い想定開回路電圧を見つけだすことができるので、これを用いて車両のバッテリの充電状態をより正確に測定できるバッテリ充電状態測定方法を提供することができる。
【０１３９】
また、請求項３記載の発明によれば、端子電圧を測定して収集する期間を別途定めることが必要なく、また使用しない無駄な端子電圧の測定も行わなくてもよいので、車両のバッテリの充電状態のより正確な測定の負担を軽減することのできるバッテリ充電状態測定方法を提供することができる。
【０１４０】
請求項４記載の発明によれば、端子電圧を測定して収集する期間を別途定めることが必要なく、また使用しない無駄な端子電圧の測定も行わなくてもよいので、測定の負担を軽減することのできるバッテリ充電状態測定方法を提供することができる。
【０１４１】
請求項５記載の発明によれば、隣接する期間の数に関係なく相対比較した上で、バッテリの開回路電圧を推定することができるので、測定期間に得られた端子電圧を無駄なく有効に利用して車両のバッテリの充電状態をより正確に測定できるバッテリの開回路電圧推定方法を提供することができる。
【０１４２】
請求項６記載の発明によれば、バッテリの充電又は放電が実質的に終了した後、比較的短い時間内に測定したバッテリの端子電圧によって、予め定めた近似式が決定されたときの想定開回路電圧を開回路電圧として推定できるので、充電又は放電の終了から比較的短時間の内に推定できる車両のバッテリの開回路電圧に基づいてバッテリの充電状態をより正確に測定できるバッテリ充電状態測定方法を提供することができる。
【０１４３】
請求項７〜９記載の発明によれば、バッテリの充電又は放電が実質的に終了した後、比較的短い時間内に測定したバッテリの端子電圧によって、累乗近似式の漸近線を開回路電圧として推定できるので、バッテリの充電又は放電が終了した後、比較的短い時間内に測定したバッテリの端子電圧の測定によって、累乗近似式の漸近線を求めて、これを開回路電圧として推定できるので、充電又は放電の終了から比較的短時間の内に推定できるバッテリの開回路電圧に基づいてバッテリの充電状態をより正確に測定できるバッテリ充電状態測定方法を提供することができる。
【０１４４】
請求項１０及び１２記載の発明によれば、推定開回路電圧に基づいて演算して求めた充電状態よりもより精度の良い実測開回路電圧に基づいて演算して求めた充電状態を用いて現在の充電状態を更新することができるので、推定開回路電圧だけを利用したものに比べてより正確に充電状態を測定できるようにしたバッテリ充電状態測定方法及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバッテリの開回路電圧推定バッテリ充電状態測定装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】本発明のバッテリの開回路電圧推定バッテリ充電状態測定方法を適用した本発明の一実施形態に係るバッテリの開回路電圧推定バッテリ充電状態測定装置の概略構成を一部ブロックにて示す説明図である。
【図３】充電の終了後のバッテリの端子電圧の変化を示すグラフである。
【図４】開回路電圧推定方法を説明するために使用する一グラフである。
【図５】開回路電圧推定方法を説明するために使用する他のグラフである。
【図６】本発明の方法の成立性を具体的に例示するためのグラフである。
【図７】図２中のマイコンがバッテリ充電状態測定のため予め定めたプログラムに従って行う処理を示すフローチャートである。
【図８】想定開回路電圧の更新の仕方を説明するために使用するグラフである。
【図９】図２中のマイコンが想定開回路電圧算出のため予め定めたプログラムに従って行う処理を示すフローチャートである。
【図１０】図９中の想定開回路電圧算出の具体的な処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１５ 電流測定手段（電流センサ）
２３ａ−１ 積算式充電状態測定手段（ＣＰＵ）
２３ａ−２ 端子電圧測定手段（ＣＰＵ）
２３ａ−３ 開回路電圧推定手段（ＣＰＵ）
２３ａ−４ 演算手段（ＣＰＵ）
２３ａ−５ 充電状態更新手段（ＣＰＵ）
【発明の属する技術分野】
本発明はバッテリの充電状態を測定するバッテリ充電状態測定方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンや軽油等を燃料とするエンジンとバッテリを電源として回転する電動機とを動力源として走行する、いわゆる、ハイブリットカーと呼ばれる車両においては、車両に搭載されたバッテリは、エンジンの回転中オルターネータの発電する電力によって充電され、エンジンを停止させて走行する際に電動機に対して電力供給を行うため放電される。このため、バッテリの充電状態を適切に把握し、必要以上にエンジンを回転させることなく、バッテリ電源を有効に活用することで、出来るだけ電動機を動力源として走行することが、燃費効率の向上を図る上で非常に重要である。
【０００３】
バッテリの充電状態を把握する方法として、充電中の電流を現在の充電状態に積算し、放電中の電流を現在の充電状態から減算する電流積算（電力積算）方式と呼ばれる方法が一般に採用されている。この方法は、バッテリの充放電される電気量を積算するものであるので、電気量（Ａｈ）で表されるバッテリの容量を求めるのに都合がよいとの理由から、充放電を伴うバッテリ使用中の充電状態を求める場合の主流となっている。
【０００４】
すなわち、電流積算方式では、車載バッテリがその種類に応じた満充電状態でのＡｈ値Ｘが予め分かっており、また、Ａｈ値が予め定めた値Ｙ以下になったときそれ以上の放電をすべきでないことも分かっているので、Ｘを充電状態１００％、Ｙを充電状態０％とし、１％当たりのＡｈ値Ｚを（Ｘ−Ｙ）／１００を予め求めておくとともに、充電電流Ｉｊと放電電流Ｉｄを一定時間間隔で測定し、各測定値に一定時間ｔを乗じたＡｈ値を加算したり減算して求めた積算値が±Ａｈ値Ｚ以上となる毎に％で表された現在の充電状態ｘに±１することによってバッテリ使用中の充電状態を求めるようにしたものである。
【０００５】
しかし、この方法の場合、測定した電流や時間に僅かの誤差があっても、それが蓄積されてしまうため、長い時間継続していると、測定した充電状態が実際の状態から大きくずれてしまうようになり、結果的に、バッテリの充電状態を正確に把握することができなくなってしまう問題がある。
【０００６】
そこで、より正確な充電状態を把握するため、適宜タイミングで校正を行うために充電状態を示す残容量を計算し、この算出した残容量にて電流時間積によって求めた充電状態を修正することを行うようにしたものも、例えば特開２００２−５１４７０や特許第３１０４４８３号などにおいて提案されている。
【０００７】
前者の方法では、無負荷状態での電圧特性により作成された端子電圧と充電状態との関係を示すマップを用意しておき、任意時点の無負荷状態で測定した端子電圧に基づいて、マップ検索を行って充電状態である残容量を計算により求めるものであり、後者の方法は、無負荷状態で所定時間経過して安定したバッテリの端子電圧に基づいて算出したバッテリの残容量にて修正するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の方法は、無負荷状態を強制的に短時間の間生成したときの端子電圧に基づいて残容量を算出することを想定しているため、それ以前のバッテリの充放電状態によって安定しないバッテリの端子電圧を測定することになり、同じ値の端子電圧であっても全く違った残容量が算出されるようになり、残容量を算出できる頻度は高いものの、精度が非常に悪いという問題がある。
【０００９】
この点、後者の方法では、端子電圧が安定する時点で測定した端子電圧を用いて残容量を算出しているので、非常に精度のよい残容量が算出でき、充電状態を現状にあったものに修正できるが、無負荷状態になってからバッテリの端子電圧が安定した状態になるには、例えば２４時間の長時間を要し、車両がこのような時間放置された時にしか修正できないという問題がある。
【００１０】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、充放電電流を長期間にわたって連続的に積算することによる大きな累積誤差の発生を生じ難くして、バッテリの充電状態をより正確に測定できるようにしたバッテリ充電状態測定方法及び装置を提供することを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するためなされた本発明は、充放電が終了した後のバッテリの端子電圧が、充放電終了直後に急激に下降又は上昇し、時間の進行に伴って充電状態を反映した一定の電圧値に向かって徐々に漸近するように推移し、しかも充放電終了直後から比較的短時間内の電圧の推移によって漸近する電圧値、すなわち、開回路電圧が推定でき、この推定した開回路電圧に基づいて充電状態を算出し、この算出した充電状態によってそれ以前に電流時間積方式によって求めていた充電状態を更新できることに着目してなされたものであり、請求項１乃至請求項１０記載の本発明はバッテリ充電状態測定方法に、請求項１１及び１２記載の本発明はバッテリ充電状態測定装置にそれぞれ関するものである。
【００１２】
前記課題を解決するためなされた請求項１に記載した本発明は、エンジンを動力源として走行する車両に搭載されて使用されるバッテリの充電電流及び放電電流をそれぞれ周期的に測定し、該周期的に測定した前記充電電流の前記バッテリの現在の充電状態に対する加算及び前記周期的に測定した前記放電電流の前記バッテリの現在の充電状態からの減算をそれぞれ行ってバッテリの充電状態を測定するバッテリ充電状態測定方法において、
前記バッテリの端子電圧を所定の周期で測定して収集しておき、
前記バッテリの充電又は放電が終了した後、又は、前記バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後の前記収集しておいた端子電圧に対して予め定めた複数の期間の各期間内の前記端子電圧に基づいて近似された所定の近似式が漸近する電圧値を各期間の想定開回路電圧として求め、隣接する期間の前記想定開回路電圧との差が最も小さくなる期間の前記想定開回路電圧を開回路電圧と推定し、
該推定した開回路電圧に基づいて前記バッテリの充電状態を演算して求め、
該求めた充電状態を用いて前記現在の充電状態を更新して設定するようにした
ことを特徴とするバッテリ充電状態測定方法に存する。
請求項１に記載した本発明によれば、エンジンを動力源として走行する車両に搭載されて使用されるバッテリの充電電流及び放電電流をそれぞれ周期的に測定し、この周期的に測定した充電電流のバッテリの現在の充電状態に対する加算及び周期的に測定した放電電流のバッテリの現在の充電状態からの減算をそれぞれ行ってバッテリの充電状態を測定しているが、バッテリの端子電圧を測定し、バッテリの充電又は放電が終了した後、又は、バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後、すなわち、バッテリの充電又は放電が実質的に終了した後に測定した端子電圧の推移に基づいて開回路電圧を推定し、この推定した開回路電圧に基づいてバッテリの充電状態を演算して求め、この求めた充電状態を用いて現在の充電状態を更新して設定するようにしているので、バッテリの充電又は放電が終了した後、又は、バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後の実質的な充放電が終了する毎に、その終了から短い時間の内に測定した端子電圧の推移により推定した開回路電圧に基づいて演算したバッテリの充電状態を用いて現在の充電状態が更新されて設定し直され、現在の充電状態が正確な値に更新されて設定されるようになり、それ以前に電流積算方式にり、測定した充放電電流による加減算によって求めた充電状態に累積する可能性のある誤差を解消できる。
【００２２】
そして、端子電圧の測定を所定の周期で行って収集しておき、開回路電圧の推定を、収集しておいた端子電圧に対して予め定めた複数の期間の各期間内の端子電圧に基づいて近似された所定の近似式が漸近する電圧値を各期間の想定開回路電圧として求め、隣接する期間の想定開回路電圧との差が最も小さくなる期間の想定開回路電圧を開回路電圧と推定することで行うので、バッテリの充電又は放電が実質的に終了した後、比較的短い時間内に測定したバッテリの端子電圧によって求めた想定開回路電圧のなかから最良のものを開回路電圧として推定できる。
【００２３】
また、請求項２に記載した本発明は、請求項１記載のバッテリ充電状態測方法において、前記複数の期間の各々を、充電又は放電が終了した後、又は、前記バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後の時間によって予め定めた複数の開始点の一つと複数の終了点の一つとの組み合わせによって定めることを特徴とするバッテリ充電状態測定方法に存する。
【００２４】
請求項２に記載した本発明によれば、複数の期間の各々を、充電又は放電が終了した後の時間によって予め定めた複数の開始点の一つと複数の終了点の一つとの組み合わせによって定めているので、充電又は放電が終了した後の所定時間内に、異なる複数の期間を網羅的に漏れなく設けて各期間の想定開回路電圧を求め、その中から精度の良い開回路電圧を見つけだすことができる。
【００２５】
また、請求項３に記載した本発明は、請求項２記載のバッテリ充電状態測方法において、前記開始点の最短のものと前記終了点の最長のものが、前記端子電圧を測定して収集する期間の開始と終了に対応することを特徴とするバッテリ充電状態測定方法に存する。
【００２６】
請求項３に記載した本発明によれば、開始点の最短のものと終了点の最長のものが、端子電圧を測定して収集する期間の開始と終了に対応するので、端子電圧を測定して収集する期間を別途定めることが必要なく、また使用しない無駄な端子電圧の測定も行わなくてもよい。
【００２７】
また、請求項４に記載した本発明は、請求項２又は３記載のバッテリ充電状態測方法において、前記開始点の最短のものと前記終了点の最長のものが、前記端子電圧を測定して収集する期間の開始と終了に対応することを特徴とするバッテリ充電状態測定方法に存する。
【００２８】
請求項４に記載した本発明によれば、開始点の最短のものと終了点の最長のものが、端子電圧を測定して収集する期間の開始と終了に対応するので、端子電圧を測定して収集する期間を別途定めることが必要なく、また使用しない無駄な端子電圧の測定も行わなくてもよい。
【００２９】
また、請求項５に記載した本発明は、請求項１〜４の何れかに記載のバッテリ充電状態測方法において、隣接する期間の前記想定開回路電圧との差の絶対値の総和を隣接する期間の数で除した値が最小となる期間を、隣接する期間の前記想定開回路電圧との差が最も小さくなる期間とすることを特徴とするバッテリ充電状態測定方法に存する。
【００３０】
請求項５に記載した本発明によれば、隣接する期間の想定開回路電圧との差の絶対値の総和を隣接する期間の数で除した値が最小となる期間を、隣接する期間の想定開回路電圧との差が最も小さくなる期間としているので、隣接する期間の数に関係なく相対比較した上で、バッテリの開回路電圧を推定することができる。
【００３１】
また、請求項６に記載した本発明は、請求項１〜５の何れかに記載のバッテリ充電状態測方法において、前記収集した端子電圧が下降するものであるとき、前記各期間の端子電圧と、想定した開回路電圧との差値により、べき数が負である予め定めた累乗近似式を決定し、該決定した累乗近似式のべき数が−０．５となるか、又は、略−０．５となるまで、前記累乗近似式の決定を前記想定開回路電圧を更新しながら繰り返し実行することによって、前記累乗近似式が漸近する電圧値を求めることを特徴とするバッテリ充電状態測定方法に存する。
【００３２】
請求項６に記載した本発明によれば、収集した端子電圧が下降するものであるとき、すなわち、端子電圧が充電の終了してからのものであるとき、各期間の端子電圧と、想定した開回路電圧との差値により、べき数が負である予め定めた累乗近似式を決定し、該決定した累乗近似式のべき数が−０．５となるか、又は、略−０．５となるまで、累乗近似式の決定を想定開回路電圧を更新しながら繰り返し実行することによって、累乗近似式が漸近する電圧値を求めているので、バッテリの充電が実質的に終了した後、比較的短い時間内に、各期間の累乗近似式の漸近線を各期間の想定開回路電圧として求めることができる。
【００３３】
また、請求項７に記載した本発明は、請求項１〜５の何れかに記載のバッテリ充電状態測方法において、前記収集した端子電圧が上昇するものであるとき、前記各期間の端子電圧から、想定した開回路電圧を減算した値の絶対値により、べき数が負である予め定めた累乗近似式を決定し、該決定した累乗近似式のべき数が−０．５となるか、又は、略−０．５となるまで、前記累乗近似式の決定を前記想定開回路電圧を更新しながら繰り返し実行することによって、前記累乗近似式が漸近する電圧値を求めることを特徴とするバッテリ充電状態測定方法に存する。
【００３４】
請求項７に記載した本発明によれば、収集した端子電圧が上昇するものであるとき、すなわち、端子電圧が放電の終了してからのものであるとき、各期間の端子電圧から、想定した開回路電圧を減算した値の絶対値により、各期間の端子電圧と、想定した開回路電圧との差値により、べき数が負である予め定めた累乗近似式を決定し、この決定した累乗近似式のべき数が−０．５となるか、又は、略−０．５となるまで、累乗近似式の決定を想定開回路電圧を更新しながら繰り返し実行することによって、累乗近似式が漸近する想定開回路電圧を求めているので、バッテリの放電が終了した後、比較的短い時間内に、各期間の累乗近似式の漸近線を各期間の想定開回路電圧として求めることができる。
【００３５】
また、請求項８に記載した本発明は、請求項６又は７に記載のバッテリ充電状態測方法において、バッテリの開回路電圧推定方法において、時間をｔ、未知の係数をα、未知の負のべき数をβとすると、前記累乗近似式がα・ｔβで表されることを特徴とするバッテリ充電状態測定方法に存する。
【００３６】
請求項８に記載した本発明によれば、時間をｔ、未知の係数をα、未知の負のべき数をβとすると、累乗近似式がα・ｔβで表されるので、累乗近似式α・ｔβのべき数βが−０．５になるか、略−０．５となったときの想定開回路電圧をその期間の想定開回路電圧とすることができる。
【００３７】
また、請求項９に記載した本発明は、請求項８記載のバッテリ充電状態測方法において、前記端子電圧を２以上の任意の数とし、該任意数の端子電圧を回帰計算処理して前記累乗近似式のべき数βを決定することを特徴とするバッテリ充電状態測定方法に存する。
【００３８】
請求項９に記載した本発明によれば、端子電圧を２以上の任意の数とし、この任意数の端子電圧を回帰計算処理して累乗近似式のべき数βを決定するので、累乗近似式α・ｔβのべき数βが−０．５とならなくても、累乗近似式の決定が予め定めた回数実行されたときに想定開回路電圧を求めることができる。
【００３９】
また、請求項１０に記載した本発明は、請求項１〜９の何れかに記載のバッテリ充電状態測方法において、前記バッテリの充電又は放電が終了した後、又は、前記バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後、前記バッテリの端子電圧が安定する予め定めた時間連続して該状態にあるとき、前記バッテリの端子電圧を測定することで開回路電圧を実測し、該実測開回路電圧に基づいて前記バッテリの充電状態を演算して求め、該求めた充電状態を用いて前記現在の充電状態を更新して設定するようにしたことを特徴とする請求項１〜１４の何れかに記載のバッテリ充電状態測定方法に存する。
【００４０】
請求項１０に記載した本発明によれば、バッテリの充電又は放電が終了した後、又は、バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後、バッテリの端子電圧が安定する予め定めた時間連続して該状態にあるときは、バッテリの端子電圧を測定することで開回路電圧を実測し、該実測開回路電圧に基づいてバッテリの充電状態を演算して求め、該求めた充電状態を用いて現在の充電状態を更新して設定するようにしているので、推定開回路電圧に基づいて演算した充電状態よりもより精度の良い充電状態を用いて現在の充電状態を更新することができる。
【００４１】
また、請求項１１に記載した本発明は、図１の基本構成図に示すように、エンジンを動力源として走行する車両に搭載されて使用されるバッテリの充電電流及び放電電流をそれぞれ周期的に測定する電流測定手段１５と、該電流測定手段によって周期的に測定した前記充電電流の前記バッテリの現在の充電状態に対する加算及び前記電流測定手段により周期的に測定した前記放電電流の前記バッテリの現在の充電状態からの減算をそれぞれ行ってバッテリの充電状態を測定する積算式充電状態測定手段２３ａ−１とを備えるバッテリ充電状態測定装置において、前記バッテリの端子電圧を所定の周期で測定して収集する電圧測定手段２３ａ−２と、充電又は放電が終了した後、又は、前記バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後の前記収集しておいた端子電圧に対して予め定めた複数の期間の各期間内の前記端子電圧に基づいて近似された所定の近似式が漸近する電圧値を各期間の想定開回路電圧として求め、隣接する期間の前記想定開回路電圧との差が最も小さくなる期間の前記想定開回路電圧を開回路電圧と推定する開回路電圧推定手段２３ａ−３と、該開回路推定手段により推定した開回路電圧に基づいて前記バッテリの充電状態を演算して求める演算手段２３ａ−４と、該演算手段により求めた充電状態を用いて前記現在の充電状態を更新して設定する充電状態更新手段２３ａ−５とを備えることを特徴とするバッテリ充電状態測定装置に存する。
【００４２】
請求項１１に記載した本発明によれば、電流測定手段１５によって周期的に測定した充電電流のバッテリの現在の充電状態に対する加算及び電流測定手段１５により周期的に測定した放電電流のバッテリの現在の充電状態からの減算を積算式充電状態測定手段２３ａ−１がそれぞれ行ってバッテリの充電状態を測定する。充電又は放電が終了した後、又は、バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後の電圧測定手段２３ａ−２が測定した端子電圧の推移に基づいて開回路電圧推定手段２３ａ−３が開回路電圧を推定し、この推定した開回路電圧に基づいて演算手段２３ａ−４がバッテリの充電状態を演算して求める。そして、演算手段２３ａ−４により求めた充電状態を用いて充電状態更新手段２３ａ−５が現在の充電状態を更新して設定するので、測定した充放電電流による加減算によって充電状態に累積する可能性のある誤差を、バッテリの充電又は放電が終了した後、又は、バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後の実質的な充放電が終了する毎に、その終了から短い時間の内に測定した端子電圧の推移により推定した開回路電圧に基づいて演算したバッテリの充電状態を用いて現在の充電状態が更新されて設定し直され、現在の充電状態が正確な値に更新されて設定されるようになり、それ以前に電流積算方式によって求めた充電状態に累積していた誤差を解消できる。そして、端子電圧の測定を所定の周期で行って収集しておき、開回路電圧の推定を、収集しておいた端子電圧に対して予め定めた複数の期間の各期間内の端子電圧に基づいて近似された所定の近似式が漸近する電圧値を各期間の想定開回路電圧として求め、隣接する期間の想定開回路電圧との差が最も小さくなる期間の想定開回路電圧を開回路電圧と推定することで行うので、バッテリの充電又は放電が実質的に終了した後、比較的短い時間内に測定したバッテリの端子電圧によって求めた想定開回路電圧のなかから最良のものを開回路電圧として推定できる。
【００４３】
また、請求項１２に記載した本発明は、請求項１１に記載のバッテリ充電状態測定装置において、前記電圧測定手段は、前記バッテリの充電又は放電が終了した後、又は、前記バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後、前記バッテリの端子電圧が安定する予め定めた時間連続して該状態にあるとき、前記バッテリの端子電圧を測定し、前記演算手段は、該測定した端子電圧を実測開回路電圧として前記バッテリの充電状態を演算して求め、前記充電状態更新手段は、前記実測開回路電圧に基づいて求めた充電状態を用いて前記現在の充電状態を更新して設定することを特徴とするバッテリ充電状態測定装置に存する。
【００４４】
請求項１２に記載した本発明によれば、バッテリの充電又は放電が終了した後、又は、バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後、バッテリの端子電圧が安定する予め定めた時間連続して該状態にあるときは、電圧測定手段がバッテリの端子電圧を測定し、この測定した端子電圧を実測開回路電圧として演算手段がバッテリの充電状態を演算して求め、充電状態更新手段が実測開回路電圧に基づいて求めた充電状態を用いて現在の充電状態を更新して設定するので、推定開回路電圧に基づいて演算した充電状態よりもより精度の良い充電状態を用いて現在の充電状態を更新することができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるバッテリ充電状態測定方法を、図２を参照して本発明によるバッテリ充電状態測定装置の一実施形態と共に説明する前に、本発明の基本的な考え方を説明する。
【００４６】
例えば、車両に搭載したバッテリの充電が終了した場合、バッテリの開放状態での端子電圧は、濃度分極によって上昇していた分が時間とともに解消して徐々に減少し、図３に示すように、例えば２４時間後のバッテリの平衡状態における端子電圧である開回路電圧ＥO に漸近するように変化し、このような漸近曲線は一般に累乗式で表される。
【００４７】
よって、今、開回路電圧ＥO が未知であるとき、図４に示すように、想定した開回路電圧Ｅを定め、この想定した開回路電圧Ｅを端子電圧Ｖ（ｔ）から減算すると、図５に示すように、横軸に漸近する累乗近似式α・ｔβで表されるようになる。また、拡散現象を累乗近似式α・ｔβで近似すると、べき数βが−０．５付近になるとされている。
【００４８】
そこで、バッテリの充電が終了後、図５に示すように、例えば５分の予め定めた時間Ｔａを経過してから、例えば１５分の予め定めた時間Ｔｂまでの間のバッテリの端子電圧を測定し、この測定した端子電圧より、想定した開回路電圧Ｅを減算し累乗近似式α・ｔβを算出する。
【００４９】
一般的に、拡散現象を累乗近似式α・ｔβで近似すると、べき数βが−０．５付近になるとされている。充電終了後の開回路電圧の変化は、電解液の拡散によって生じる電圧変化によるものであるとすることができるので、べき数βが−０．５になるような累乗近似式α・ｔβが得られたときの想定開回路電圧Ｅを開回路電圧とみなすことができる。
【００５０】
これに対して、バッテリの放電が終了した場合、バッテリの開放状態での端子電圧は、濃度分極によって下降していた分が時間とともに解消して徐々に増加し、例えば２４時間後のバッテリの平衡状態における端子電圧である開回路電圧ＥO に漸近する。なお、放電の場合、想定開回路電圧Ｅの方が累乗近似式α・ｔβより常に大きいので、測定した端子電圧より、想定した開回路電圧Ｅを減算した値が負となるので、端子電圧より想定開回路電圧Ｅを減算した値の絶対値を利用して累乗近似式α・ｔβを算出する。
【００５１】
一般的に、充電又は放電が終了した後、予め定めた時間を経過してから一定の時間の間にバッテリの端子電圧を複数回測定し、この測定した端子電圧から、想定した開回路電圧を減算した値により、べき数が負である予め定めた累乗近似式を決定し、この決定した累乗近似式のべき数が−０．５となるまで、累乗近似式の決定を想定開回路電圧を更新して繰り返し実行し、べき数が−０．５となったときの想定開回路電圧を開回路電圧と推定すればよい。
【００５２】
なお、想定開回路電圧を予め定めた回数更新して繰り返し実行しても、べき数が−０．５とならないことがあるときには、予め定めた回数が実行されたことによってべき数が略−０．５になったと判断し、このときの想定開回路電圧を開回路電圧と推定し、必要以上に累乗近似式を決定する処理を繰り返すことをなくすことができる。
【００５３】
また、充放電を停止した後、例えば５分の予め定めた時間Ｔａを経過してから、端子電圧のサンプリングを開始するのは、充放電直後の電圧変化には、内部抵抗、活性化分極、ガス発生に伴う過電圧など、電解液の拡散に関係ない電圧変化分が含まれており、この変化分をサンプリングすると誤差要因となるので、累乗近似式を求めるためのデータに含ませないためである。
【００５４】
そして、サンプリングを時間Ｔｂまでとしているのは、便宜上だけのためばかりでなく、時間経過について電圧変化分が小さくなることにより、測定の分解能によっては開回路電圧の推定精度を低下する虞があるほか、車両の暗電流による電圧降下の影響が時間経過により大きくなるからである。
【００５５】
上述したように、拡散現象を累乗近似式α・ｔβで近似すると、べき数βが−０．５付近になることを実証する具体的な例を図６に示して説明すると、開回路電圧１２．３４Ｖのバッテリにおいて、想定開回路電圧を１２．３４Ｖとし、これを充電の停止した後に測定した端子電圧から減算した値を用いて決定した累乗近似式では、べき数が−０．５００になっているのに対し、推定開回路電圧を１２．３４Ｖより小さい１２．２９Ｖにすると、べき数が−０．５００より大きい−０．４５２に、１２．３４Ｖより大きい１２．３９Ｖにするとべき数が−０．５００より小さい−０．５５９になる。このことから、累乗近似式のべき数が−０．５になったとき、想定開回路電圧が開回路電圧に等しくなることがわかる。
【００５６】
元の図面に戻って説明すると、図２は本発明のバッテリ充電状態測定方法を適用した本発明の一実施形態に係るバッテリ充電状態測定装置の概略構成を一部ブロックにて示す説明図であり、本実施形態のバッテリ充電状態測定装置は、エンジン３に加えてモータジェネレータ５を有するハイブリッド車両に搭載されている。
【００５７】
そして、このハイブリッド車両は、通常時はエンジン３の出力のみをドライブシャフト７からディファレンシャルケース９を介して車輪１１に伝達して走行させ、高負荷時には、バッテリ１３からの電力によりモータジェネレータ５をモータとして機能させて、エンジン３の出力に加えてモータジェネレータ５の出力をドライブシャフト７から車輪１１に伝達し、アシスト走行を行わせるように構成されている。
【００５８】
また、このハイブリッド車両は、減速時や制動時にモータジェネレータ５をジェネレータ（発電機）として機能させ、運動エネルギを電気エネルギに変換してバッテリ１３を充電させるように構成されている。
【００５９】
なお、モータジェネレータ５はさらに、図示しないスタータスイッチのオンに伴うエンジン３の始動時に、エンジン３のフライホイールを強制的に回転させるセルモータとして用いられるが、その場合にモータジェネレータ５には、短時間に大きな電流が流される。スタータスイッチのオンによりモータジェネレータ５によってエンジン３が始動されると、イグニッションキー（図示せず。）の操作解除に伴って、スタータスイッチがオフになってイグニッションスイッチやアクセサリスイッチのオン状態に移行し、これに伴ってバッテリ１３から流れる放電電流は、定常電流に移行する。
【００６０】
本実施形態のバッテリ充電状態測定装置１は、アシスト走行用のモータやセルモータとして機能するモータジェネレータ５等、電装品に対するバッテリ１３の放電電流Ｉや、ジェネレータとして機能するモータジェネレータ５からのバッテリ１３に対する充放電電流を検出する電流センサ１５と、バッテリ１３に並列接続した１Ｍオーム程度の抵抗を有し、バッテリ１３の端子電圧Ｖを検出する電圧センサ１７とを備えている。
【００６１】
また、本実施形態のバッテリ充電状態測定装置１は、上述した電流センサ１５及び電圧センサ１７の出力がインタフェース回路（以下、「Ｉ／Ｆ」と略記する。）２１におけるＡ／Ｄ変換後に取り込まれるマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と略記する。）２３をさらに備えている。
【００６２】
そして、前記マイコン２３は、ＣＰＵ２３ａ、ＲＡＭ２３ｂ、及び、ＲＯＭ２３ｃを有しており、このうち、ＣＰＵ２３ａには、ＲＡＭ２３ｂ及びＲＯＭ２３ｃの他、前記Ｉ／Ｆ２１が接続されており、また、上述した図示しないスタータスイッチ、イグニッションスイッチやアクセサリスイッチ、モータジェネレータ５以外の電装品（負荷）のスイッチ等が、さらに接続されている。
【００６３】
前記ＲＡＭ２３ｂは、各種データ記憶用のデータエリア及び各種処理作業に用いるワークエリアを有しており、前記ＲＯＭ２３ｃには、ＣＰＵ２３ａに各種処理動作を行わせるための制御プログラムが格納されている。
【００６４】
なお、上述した電流センサ１５及び電圧センサ１７の出力である電流値及び電圧値は、Ｉ／Ｆ２１を介してマイコン２３のＣＰＵ２３ａに取り込まれる。
【００６５】
次に、前記ＲＯＭ２３ｃに格納された制御プログラムに従いＣＰＵ２３ａが行うバッテリの開回路電圧推定処理を、図７を参照して説明する。
【００６６】
バッテリ１３からの給電を受けてマイコン２３は起動しているものとし、マイコン２３は、例えば電流センサ１５の出力をサンプリングして得た電流値に基づいて、電流値が０になっているかどうかにより、充電又は放電が終了したかどうかを判定する。この判定の結果、充電又は放電の終了が検出されたときに、図７のフローチャートに示す開回路電圧推定処理を開始する。この開回路電圧推定処理においては、まず充電又は放電の終了から例えば５分の予め定めた時間Ｔａが経過したどうかを判断する（ステップＳ１）。
【００６７】
時間が経過していないときには、時間が経過するのを待ち、時間が経過したときには（ステップＳ１のＹ）、次に例えば１０秒の一定時間毎に電圧センサ１６の出力によりバッテリの端子電圧を端子電圧としてサンプリングしてこれをＲＡＭ２３ｂのデータエリア（記憶手段に相当する）に格納、記憶する（ステップＳ２）。そして、このサンプリングを、充電又は放電の終了から例えば１５分の予め定めた時間Ｔｂが経過するまで継続する（ステップＳ３のＮ）。
【００６８】
時間Ｔｂが経過すると（ステップＳ３のＹ）、次に、測定した端子電圧Ｖ（ｔ）と、想定した開回路電圧Ｅとの差値、即ち、充電後の場合は、測定した端子電圧Ｖ（ｔ）から想定した開回路電圧Ｅを減算した値、放電後の場合は、測定した端子電圧Ｖ（ｔ）から想定した開回路電圧Ｅを減算した値の絶対値、を求め（ステップＳ４）、求めた値ｆ（ｔ）について累乗近似処理を行ってべき数が負である予め定めた累乗近似式を決定する（ステップＳ５）。
【００６９】
累乗近似式が決定したら、次に決定した累乗近似式のべき数βが−０．５に等しいかどうかを判断し（ステップＳ６）、この判断の結果、べき数βが−０．５となっていないときには（ステップＳ６のＮ）、想定開回路電圧Ｅを更新し（ステップＳ７）、この更新した想定開回路電圧について、上記ステップＳ４に戻って、測定した端子電圧Ｖ（ｔ）から、想定した開回路電圧Ｅを減算する処理を行う。べき数βが−０．５となったときには（ステップＳ６のＹ）、べき数βが−０．５となったときの想定開回路電圧Ｅを開回路電圧と推定する（ステップＳ８）。その後、推定した開回路電圧に基づいてバッテリの充電状態を演算し（ステップＳ９）、この演算した充電状態を用いて現在の充電状態を更新して設定し直す（ステップＳ１０）。
【００７０】
上記ステップＳ１０において、ステップＳ８において推定した開回路電圧に基づいてステップＳ９において演算して求められた充電状態を用いて現在の充電状態を更新して設定し直した後は、例えば１分などの一定時間毎に、電流センサ１５の出力をサンプリングして得た電流値に基づいて、電流値が０になっているかどうかにより、充電又は放電の終了した状態が継続しているかどうかを判断する（ステップＳ１０ａ）。継続しているとき（ステップＳ１０ａのＹ）には、続いて、その状態が、充放電によって発生した各種の分極が解消してバッテリの端子電圧が安定する予め定めた時間、例えば２４時間連続してとかどうかを判断し（ステップＳ１０ｂ）する。実質的に充放電が停止した状態が一定時間以上継続しているとき（ステップＳ１０ｂのＹ）には、バッテリの端子電圧を測定することで開回路電圧を実測する（ステップＳ１０ｃ）。この実測した開回路電圧は、ステップＳ９において、推定開回路電圧に代えて充電状態を演算するために利用され、この実測開回路電圧に基づいて演算して求められた充電状態は、ステップＳ１０において、現在の充電状態を更新して設定し直すために利用される。
【００７１】
このように、充放電が停止している状態が２４時間の一定時間継続していることで、バッテリの端子電圧がバッテリの充電状態を反映した安定状態にある判断して自動的に開回路電圧を実測し、この実測開回路電圧に基づいて演算し求めた充電状態によって現在の充電状態を更新しているので、推定開回路電圧を利用する場合に比べて頻度は少ないものの、それよりも精度のよい充電状態に設定し直すことができる。なお、フローチャートには図示を省略しているが、実測開回路電圧に基づいて求めた充電状態によって現在の充電状態を更新したときには、そこで処理を終わらせ、無駄な処理を行わないようにする。
【００７２】
なお、推定した開回路電圧に基づいてバッテリの充電状態の演算は、平衡状態に開回路電圧と充電状態との既知の関係に基づいて予め定めた関係式、或いは、テーブルを使用して行われ、バッテリに何らかの劣化が有るときには、劣化を別途把握した上でこれを考慮した演算を行うことによって、放電可能な充電状態を求めることができる。
【００７３】
また、フローチャートには記載はないが、決定した累乗近似式のべき数がなかなか−０．５とならないときには、図のフローチャートには示していないが、累乗近似式の決定が予め定めた回数行われた時点での想定開回路電圧Ｅを開回路電圧と推定して一連の処理動作を終らせることもできる。
【００７４】
また、フローチャートには記載はないが、時間Ｔａから時間Ｔｂまでの間において行うサンプリングは１０秒の一定間隔で行ってるが、時間Ｔａから時間Ｔｂまでの間に例えば３回、サンプリング周期を短くしてサンプリングし、等間隔でサンプリングしたときと同じ数の端子電圧を読み込むようにし、サンプリングしていない期間マイコンをスリープ状態にすることもできる。
【００７５】
上記ステップＳ５における累乗近似式の決定の仕方を以下に説明する。累乗近似式ｙ＝α・ｘβは
ｌｎ（ｙ）＝ｌｎ（α）＋β・ｌｎ（ｘ）
とすることができる。今、ｌｎ（ｙ）＝Ｙ、ｌｎ（α）＝Ａ、ｌｎ（ｘ）＝Ｘとすると、
Ｙ＝Ａ＋β・Ｘ
という直線の方程式になる。
Ａとβは回帰分析により求めると次のようになる。
【００７６】
近似式と実際のデータとの間の差をεとおくと、
Ｙｉ＝Ａ＋β・Ｘｉ＋εｉ （ｉ＝１、２、…、ｎ）
とすることができる。εｉを全体で最小になるようなＡとβを求めればよいことから、εｉ2 の合計が最小になるＡとβを求める。
【００７７】
以上は、最小二乗法を記述したもので、最小二乗法によれば、次式によって表される。
δΣεｉ／δＡ＝０
δΣεｉ／δβ＝０
この連立方程式を解くと、
ΣＹｉ−βΣＸｉ−ΣＡ＝０
ΣＸｉＹｉ−βΣＸｉ2 −ＡΣＸｉ＝０
これにより、
β＝（ΣＸｉＹｉ−ｎＸａＹａ）／（ΣＸｉ2 −ｎＸａ2 ）
Ａ＝Ｙａ−βＸａ
【００７８】
なお、ＸｉはＸ軸データ、ＹｉはＹ軸データ、ｎはデータ数、ＸａはＸｉの平均値、ＹａはＹｉの平均値である。上述したように、Ａ＝ｌｎ（α）であるので、
α＝ｅA
よって、累乗近似式ｙ＝α・ｘβを求めることができる。
【００７９】
次に、上記ステップＳ７における想定開回路電圧の更新の仕方について、図８及び表１を参照して説明する。
【表１】
充放電終了後の開回路電圧を推定する際に、一般に２分木探索法と呼ばれる方法で想定開回路電を更新する。最初に、想定開回路電圧は、図８に示すように、例えば上限想定開回路電圧Ｖ(Tb)と下限想定開回路電圧０と、その中間想定開回路電圧Ｖ(Tb)／２の場合について累乗近似を行う。
【００８１】
それぞれの近似から求められるβ（Ｖ(Tb)）、β（０）、β（Ｖ(Tb)／２）を相互に比較し、中間想定開回路電圧のβが−０．５に等しいか、等しくない場合には、−０．５に対して大きいか、小さいかの比較を行う。中間想定開回路電圧のβが−０．５でない場合、−０．５となるデータが含まれている範囲、表１の例では、中間想定開回路電圧と上限想定開回路電圧との間の範囲について２分割した想定開回路電圧（Ｖ(Tb)＋Ｖ(Tb)／２）／２のβを算出し、β＝−０．５となるまで比較演算を繰り返す。その具体的な例を表１に示している。表１の例では、探索回数１以外でも、下限、中間及び上限のそれぞれのべき数βを演算して求めているが、２回目以降の探索では、べき数βの演算は中間だけでよい。
【００８２】
なお、想定開回路電圧を更新して繰り返し実行しても、べき数が−０．５とならいことがあるときには、下限想定開回路電圧と上限想定開回路電圧の小数点以下３桁目の数値が１程度の差しかなくなったところで、べき数が略−０．５になったと判断し、このときの想定開回路電圧を開回路電圧と推定し、必要以上に累乗近似式を決定する処理を繰り返すことをなくすることができる。
【００８３】
最初の上限想定開回路電圧をＶ(Tb)とするのは、開回路電圧がＶ(Tb)よりも高くなることがないからである。下限想定開回路電圧については、放電完了（容量０％）時の開回路電圧でもよいが、過放電が行われている場合には、放電完了（容量０％）時の開回路電圧を下まわる可能性があるので初期値を０Ｖにしている。
【００８４】
次に、本実施形態の開回路電圧推定動作（作用）について説明する。まず、ハイブリッド車両のモータジェネレータ５以外の電装品（負荷）が作動したり、モータジェネレータ５がモータとして機能するように作動しているときはバッテリ１３が放電を行っているが、モータジェネレータ５がジェネレータとして機能するように作動しているときにはバッテリ１３に充電が行われている。このバッテリの充放電は電流センサ１５の出力を取り込むことによって検出でき、充放電の終了も電流センサ１５の出力が所定値以下になっていることよって検出できる。
【００８５】
電流センサ１５の出力により、充放電の終了が検出されると、それから一定時間Ｔａが経過した時点から時間Ｔｂまでの間、電圧センサ１７の出力を取り込むことによって、バッテリの端子電圧を端子電圧として周期的に測定し、これらの電圧値と充放電の終了後からの経過時間をＲＡＭ２３ｂのデータエリアに格納、記憶して収集する。収集された端子電圧Ｖ（ｔ）から想定開回路電圧Ｅを減算し、減算して求めた値から最小二乗法を適用して累乗近似式を決定する。決定した累積近似式α・ｔβのべき数βが−０．５となっているかどうかを判断し、べき数βが−０．５になっていないときには、想定開回路電圧Ｅを新しいものに更新して再度同様の処理を行って累乗近似式α・ｔβを決定する。以上の動作をべき数βが−０．５になるか、又は、略−０．５になるまで繰り返し行い、何れかが成立したとき、そのときの想定開回路電圧を開回路電圧と推定するようにする。なお、略−０．５になったことの確認は、累乗近似式の決定回数が所定回数となるか、又は、想定開回路電圧範囲が予め定めた範囲以下になったことで行うことができる。
【００８６】
上述したように推定した開回路電圧は、累乗近似式α・ｔβの漸近線となっているので、時間Ｔａ及びＴｂが異なっても、移動するものでないので、バッテリの特性が多少異なっていてもそのまま適用することができる。しかも、充放電の終了から時間Ｔａ〜Ｔｂの間、充放電電流が流れなければ、その都度、開回路電圧を推定することが可能になり、開回路電圧を推定できる頻度を多くすることができる。
【００８７】
そして、本発明は、モータジェネレータが回生電力をバッテリに充電するようになっているハイブリットカーなどの車両において、バッテリの充電状態を適切に知り、効率的にバッテリを利用して燃費向上を図るために有効に適用できる。
【００８８】
なお、本願明細書中においては、分極などの影響を受けた端子電圧を端子電圧とし、平衡状態のときの端子電圧を開回路電圧としている。
【００８９】
また、本実施形態では、ハイブリッド車両においてバッテリの開回路電圧を推定する場合について説明したが、本発明は、一般的な１４Ｖ車両や１４Ｖと４２Ｖ等の多電源車、電気自動車、通常のガソリン自動車等、種々の車両に搭載されたバッテリの開回路電圧の推定に適用可能であることは、言うまでもない。
【００９０】
ところで、一般的に、充放電直後のバッテリの端子電圧の変化には、内部抵抗、活性化分極、ガス発生を伴う過電圧など、電解液の拡散に関係の無い電圧変化分を含んでいて、誤差要因となるので、何れの場合にも電解液の拡散に関係の無い電圧変化分を含む期間の端子電圧については、端子電圧を測定して収集しても意味がない。
【００９１】
また、一般的に、時間が経過するにつれ電圧変化が小さくなることにより、測定の分解能によっては推定精度が低下する恐れがあので、何れの場合にも分解能が低すぎて推定精度のでない期間の端子電圧については、それ以上の端子電圧の測定に意味がなくなる。
【００９２】
そこで、電解液の拡散に関係の無い電圧変化分を含んでいて、誤差要因となる期間の測定を除くため、端子電圧の測定開始点を、充放電の終了から所定時間Ｔａ経過した後からとして定めることもできるが、バッテリの状況によって、誤差要因の解消する時点が異なり、一律に定めると、バッテリの状況によっては、誤差要因のない端子電圧を測定して使用できなかったり、あるいは、誤差要因のある端子電圧を測定して使用してしまったりする。
【００９３】
また、測定の分解能によって推定精度が低下する期間に入ってからの測定を除くため、端子電圧の測定終了点を、充放電の終了から所定時間Ｔｂ経過したところまでとして定めることもできるが、分解能が問題になるのは、累乗近似を行うために使用する端子電圧相互間の誤差要因の大小である。すなわち、累乗近似に使用する他の端子電圧に含まれる誤差要因との大小が問題になるのであって、一律に決めると、バッテリの状況によっては、問題にならない分解能の端子電圧を測定して使用できなかったり、あるいは、問題になる分解能の端子電圧を測定して使用してしまったりする。
【００９４】
勿論、バッテリがどのような状況になっても、誤差要因の入らない期間を設定することも考えられるが、このような考えのもとで、測定期間を予め定めようとすると、測定期間が存在しなくなったり、定めた期間が必ずしも適切なものでなかったりする。
【００９５】
よって、バッテリの状況に左右されることなく、バッテリの開回路電圧を正確に推定できるようにする考え方を以下説明する。
【００９６】
先ず、端子電圧の測定開始点を定める充放電の終了から所定時間Ｔａとして、誤差要因の解消が早い場合の端子電圧を測定できる早めの例えば５分を、端子電圧の測定終了点を定める充放電の終了から所定時間Ｔｂとして、多少分解能が低下する場合の端子電圧も測定できる遅めの例えば８０分をそれぞれ設定し、充放電の終了から所定時間Ｔａ乃至Ｔｂの測定期間の間、例えば１０秒の所定の周期で端子電圧を測定し、この測定した端子電圧をメモリに記憶させることで収集する。
【００９７】
なお、充放電を停止した後、例えば５分の予め定めた時間Ｔａを経過してから、端子電圧のサンプリングを開始するのは、充放電直後の電圧変化には、内部抵抗、活性化分極、ガス発生に伴う過電圧など、電解液の拡散に関係ない電圧変化分が含まれており、この変化分をサンプリングすると誤差要因となるので、累乗近似式を求めるためのデータに含ませないためである。
【００９８】
また、サンプリングを例えば８０分の予め定めた時間Ｔｂまでとしているのは、便宜上だけのためばかりでなく、時間経過について電圧変化分が小さくなることにより、測定の分解能によっては開回路電圧の推定精度を低下する虞があるほか、車両の暗電流による電圧降下の影響が時間経過により大きくなるからである。
【００９９】
次に、充放電の終了から所定時間Ｔａ乃至Ｔｂの測定期間の間に測定して収集した端子電圧に対して複数の期間を予め定めるため、所定時間Ｔａ（５分）に対応して、５分を最短点Ｔａ１とし、これに１０分に例えば１０分の一定時間を加算してＴａ２（１５分）、Ｔａ３（２５分）、Ｔａ４（３５分）、Ｔａ５（４５分）を定めるとともに、所定時間Ｔｂ（８０分）に対応して、８０分を最長点Ｔｂ４とし、これから例えば２０分の一定時間を減算してＴｂ３（６０分）、Ｔｂ２（４０分）、Ｔｂ１（２０分）を定める。そして、Ｔａ１（５分）、Ｔａ２（１５分）、Ｔａ３（２５分）、Ｔａ４（３５分）、Ｔａ５（４５分）を各期間の開始点の一つとして、Ｔｂ４（８０分）、Ｔｂ３（６０分）、Ｔｂ２（４０分）、Ｔｂ１（２０分）を各期間の終了点の一つとしてそれぞれ使用し、複数の開始点の一つと複数の終了点の一つとの組み合わせによって、収集した端子電圧に対して複数の期間を予め定めている。
【０１００】
すなわち、充放電の終了から所定時間Ｔａ乃至Ｔｂの測定期間の間に測定して収集した端子電圧に対して、Ｔａ１（５分）−［Ｔｂ４（８０分）、Ｔａ２（１５分）−［Ｔｂ４（８０分）、Ｔｂ３（６０分）、Ｔｂ２（４０分）又はＴｂ１（２０分）］、Ｔａ３（２５分）−［Ｔｂ４（８０分）、Ｔｂ３（６０分）又はＴｂ２（４０分）］、Ｔａ４（３５分）−［Ｔｂ４（８０分）、Ｔｂ３（６０分）又はＴｂ２（４０分）］、Ｔａ５（４５分）−［Ｔｂ４（８０分）又はＴｂ３（６０分］という異なる１６個の期間が網羅的に漏れなく設定できるようになっている。
【０１０１】
なお、開始点の最短点と終了点の最長点が、端子電圧を測定して収集する期間の開始と終了の点に対応させているので、端子電圧を測定して収集する期間を別途設けることが必要ない。また、複数の開始点の間隔を複数の終了点の間隔よりも小さくしているので、内部抵抗、活性化分極、ガス発生を伴う過電圧など、電解液の拡散に関係の無い電圧変化分を含んでいて、誤差要因となり易い充電又は放電直後に近い部分について、より細かく期間を設定することが可能になっている。
【０１０２】
そこで、バッテリの充放電が終了後、例えば５分の予め定めた時間Ｔａを経過してから、例えば８０分の予め定めた時間Ｔｂまでの間のバッテリの端子電圧を例えば１０秒の周期で測定して収集する。この測定し収集した端子電圧に対して予め定めた複数の期間の各期間内の端子電圧に基づいて近似された、べき数が−０．５となるか、又は、略−０．５となる累乗近似式が漸近する電圧値を各期間の想定開回路電圧として求める。
【０１０３】
特に、バッテリの充電が終了後の場合には、図５に示すように、各期間の収集した端子電圧より、想定した開回路電圧Ｅを減算し各期間の累乗近似式α・ｔβを算出する。
【０１０４】
これに対して、バッテリの放電が終了した場合、バッテリの開放状態での端子電圧は、濃度分極によって下降していた分が時間とともに解消して徐々に増加し、例えば２４時間後のバッテリの平衡状態における端子電圧である開回路電圧ＥO に漸近する。このように、放電の場合、想定開回路電圧Ｅの方が累乗近似式α・ｔβより常に大きいので、各期間の測定した端子電圧より、想定した開回路電圧Ｅを減算した値が負となるので、端子電圧より想定開回路電圧Ｅを減算した値の絶対値を利用して各期間の累乗近似式α・ｔβを算出する。
【０１０５】
一般的に、充電又は放電が終了した後、各期間の測定した端子電圧から、想定した開回路電圧を減算した値により、べき数が負である予め定めた累乗近似式を決定し、この決定した累乗近似式のべき数が−０．５となるまで、累乗近似式の決定を想定開回路電圧を更新して繰り返し実行し、べき数が−０．５となったときの想定開回路電圧を開回路電圧と推定すればよい。
【０１０６】
なお、想定開回路電圧を予め定めた回数更新して繰り返し実行しても、べき数が−０．５とならないことがあるときには、予め定めた回数が実行されたことによってべき数が略−０．５になったと判断し、このときの想定開回路電圧を開回路電圧と推定し、必要以上に累乗近似式を決定する処理を繰り返すことをなくすことができる。
【０１０７】
今、バッテリを０から１００％まで充電した場合について、上述したように充電の終了から所定時間Ｔａ１から所定時間Ｔｂ４まで１０秒の一定の周期で測定した端子電圧に基づき、上述したようにして各期間の測定した端子電圧を累乗近似して想定開回路電圧を求め、その結果を表にして示すと、表２のようになる。
【０１０８】
【表２】
表２には、隣接する期間の想定開回路電圧との差も一緒に示されている。例えば、期間Ｔａ２−Ｔｂ３の想定開回路電圧は１２．７７６５Ｖであるが、この期間の左の期間Ｔａ２−Ｔｂ２の想定開回路電圧１２．７６００Ｖ、右の期間Ｔａ２−Ｔｂ４の想定開回路電圧１２．７９００Ｖ、上の期間Ｔａ１−Ｔｂ３の想定開回路電圧１２．７７５２Ｖ、下の期間Ｔａ３−Ｔｂ３の想定開回路電圧１２．７８８５Ｖとの差は、０．０１６５、−０．０１３４、０．００１３、−０．０１１３となることが示されている。なお、表１中、上下左右に隣接する期間のない期間については、隣接する期間の想定開回路電圧との差を見ることができないので、ブランクにしてある。
【０１１０】
上述したようにして求めた各期間について求めた隣接する期間の想定開回路電圧との差を相互に比較すると、期間Ｔａ１−Ｔｂ３（５分−６０分）の間に測定した端子電圧を使用して決定した累乗近似式が漸近する漸斤値から求まる想定開回路電圧が隣接する期間との差が最も小さくなっていることが分かる。そして、この期間Ｔａ１−Ｔｂ３（５分−６０分）の測定した端子電圧に基づく想定開回路電圧は、充電後のバッテリが平衡する２４時間経過した時点で測定した端子電圧、すなわち、平衡状態の開回路電圧の実測値１２．７７４２５Ｖとの差が約１ｍＶと非常に小さく、他の期間にこれよりも小さな違いの想定開回路電圧が存在しないことも確認された。
【０１１１】
下表３は、バッテリを５０％まで充電し、表２の場合とは状況の異なるバッテリについて示したものであるが、この表２からは、表１の場合と異なり、期間Ｔａ４−Ｔｂ３（３５分−６０分）の間に測定した端子電圧を使用して決定した累乗近似式が漸近する漸斤値から求まる想定開回路電圧１２．３０４０Ｖが、平衡状態の開回路電圧の実測値１２．２９６９Ｖとの差が約７ｍＶとなり、期間Ｔａ１−Ｔｂ３（５分−６０分）の約２７ｍＶよりも小さくなっていることが分かる。
【０１１２】
【表３】
要するに、予め定めた複数の期間において求めた想定開回路電圧のうち、隣接する期間の想定開回路電圧の差が最も小さくなる期間、具体的には、隣接する期間の想定開回路電圧との差の絶対値の総和を隣接する期間の数で除した値が最小となる期間の想定開回路電圧をもってバッテリの開回路電圧とすることで、開回路電圧を精度良く推定することができることが分かる。
【０１１４】
次に、前記ＲＯＭ２３ｃに格納された制御プログラムに従いＣＰＵ２３ａが行うバッテリの開回路電圧推定処理を、図９及び図１０を参照して説明する。
【０１１５】
バッテリ１３からの給電を受けてマイコン２３は起動しているものとし、マイコン２３は、例えば電流センサ１５の出力をサンプリングして得た電流値に基づいて、電流値が０になっているかどうかにより、充電又は放電が終了したかどうかを判定する。この判定の結果、充電又は放電の終了が検出されたときに、図９のフローチャートに示す開回路電圧推定処理を開始する。この開回路電圧推定処理においては、まず充電又は放電の終了から例えば５分の予め定めた時間Ｔａ１が経過したかどうかを判断する（ステップＳ１１）。
【０１１６】
時間が経過していないときには、時間が経過するのを待ち、時間が経過したときには（ステップＳ１１のＹ）、次に例えば１０秒の一定時間毎に電圧センサ１７の出力によりバッテリの端子電圧を端子電圧として測定してこれをＲＡＭ２３ｂのデータエリア（端子電圧収集手段に相当する）に格納、記憶することで収集する（ステップＳ１２）。そして、このサンプリングを、充電又は放電の終了から例えば８０分の予め定めた時間Ｔｂ４が経過するまで継続する（ステップＳ１３のＮ）。
【０１１７】
時間Ｔｂ４が経過すると（ステップＳ１３のＹ）、次に、充電又は放電が終了した後の時間５分から８０分によって定められる測定期間の中に予め定めた複数の開始点５分、１５分、２５分及び３５分の一つを選択してＴａを設定する（ステップＳ１４）とともに、予め定めた複数の終了点２０分、４０分、６０分及び８０分の一つを選択してＴｂを設定し、この選択設定された開始点と終了点とを組み合わせて複数の期間の一つが定められる（ステップＳ１４及びステップＳ１５）。期間が定められたら、その期間の測定した端子電圧を使用して当該期間の想定開回路電圧を算出する処理を行う（ステップＳ１６）この想定開回路電圧算出処理は、全ての期間について終了するまで継続して行われる（ステップＳ１７のＮ）。
【０１１８】
全ての期間の想定開回路電圧が算出されたら、各期間の想定開回路電圧について、隣接する期間の想定開回路電圧との差を算出してこれをＲＡＭ２３ｂのデータエリア（記憶手段に相当する）に格納する（ステップＳ１８）。そして、この格納した隣接する期間の想定開回路電圧との差が最も小さい期間を選出し、この選出した期間の想定開回路電圧をもってバッテリの開回路電圧と推定する（ステップＳ１９）。隣接する期間の想定開回路電圧の差が最も小さくなる期間の選出は、具体的には、隣接する期間の想定開回路電圧との差の絶対値の総和を隣接する期間の数で除した値が最小となる期間を選出することで行われる。
【０１１９】
また、上述した図９のフローチャート中のステップＳ１６における各期間の想定開回路電圧算出処理は、具体的には、図１０のフローチャートに示すようにして行われる。
【０１２０】
先ず、各期間の測定した端子電圧Ｖ（ｔ）と、想定した開回路電圧Ｅとの差値、即ち、充電後の場合は、測定した端子電圧Ｖ（ｔ）から想定した開回路電圧Ｅを減算した値、放電後の場合は、測定した端子電圧Ｖ（ｔ）から想定した開回路電圧Ｅを減算した値の絶対値、を求め（ステップＳ１６ａ）、求めた値ｆ（ｔ）について累乗近似処理を行ってべき数が負である予め定めた累乗近似式を決定する（ステップＳ１６ｂ）。
【０１２１】
累乗近似式が決定したら、次に決定した累乗近似式のべき数βが−０．５に等しいかどうかを判断し（ステップＳ１６ｃ）、この判断の結果、べき数βが−０．５となっていないときには（ステップＳ１６ｃのＮ）、想定開回路電圧Ｅを更新し（ステップＳ１６ｄ）、この更新した想定開回路電圧について、上記ステップＳ１６ａに戻って、測定した端子電圧Ｖ（ｔ）から、想定した開回路電圧Ｅを減算する処理を行う。べき数βが−０．５となったときには（ステップＳ１６ｃのＹ）、べき数βが−０．５となったときの想定開回路電圧Ｅを当該期間の想定開回路電圧としてＲＡＭ２３ｂのデータエリア（記憶手段に相当する）に格納（ステップＳ１６ｅ）して一連の処理動作を終了し、図９のフローチャートに戻る。
【０１２２】
なお、図１０のフローチャートには記載はないが、決定した累乗近似式のべき数がなかなか−０．５とならないときには、累乗近似式の決定が予め定めた回数行われた時点での電圧値を当該期間の想定開回路電圧Ｅとして求めて一連の処理動作を終らせることもできる。また、図７のフローチャートと同様に、実測開回路電圧による充電状態の更新を行わせることがもできる。
【０１２３】
また、図１０のフローチャートでは、時間Ｔａ１から時間Ｔｂ４までの間において１０秒の一定間隔で測定を行っていることになっているが、１０秒毎の測定時以外の期間マイコンをスリープ状態にすることもできる。
【０１２４】
上記ステップＳ１６ｂにおける累乗近似式の決定の仕方は、図７のフローチャートのステップＳ５に関連して上述したと同様のものでよい。
【０１２５】
次に、上記ステップＳ１６ｄにおける想定開回路電圧の更新の仕方は、図８及び表１を参照して行った上述したと同様のものでよい。
【０１２６】
次に、本実施形態の開回路電圧推定動作（作用）について説明する。電流センサ１５の出力により、充放電の終了が検出されると、それから一定時間Ｔａ１が経過した時点から時間Ｔｂ４までの間、電圧センサ１７の出力を取り込むことによって、バッテリの端子電圧を端子電圧として周期的に測定し、これらの電圧値と充放電の終了後からの経過時間をＲＡＭ２３ｂのデータエリアに格納、記憶して収集する。
【０１２７】
収集された端子電圧に対しては予め定めた複数の期間が設定され、各期間の端子電圧Ｖ（ｔ）から想定開回路電圧Ｅを減算し、減算して求めた値から最小二乗法を適用して累乗近似式を決定する。決定した累積近似式α・ｔβのべき数βが−０．５となっているかどうかを判断し、べき数βが−０．５になっていないときには、想定開回路電圧Ｅを新しいものに更新して再度同様の処理を行って各期間の累乗近似式α・ｔβを決定する。以上の動作をべき数βが−０．５になるか、又は、略−０．５になるまで繰り返し行い、何れかが成立したとき、そのときの電圧値をその期間の想定開回路電圧として求めるようにする。なお、略−０．５になったことの確認は、累乗近似式の決定回数が所定回数となるか、又は、想定開回路電圧範囲が予め定めた範囲以下になったことで行うことができる。
【０１２８】
上述したように求めた各期間の想定開回路電圧は、累乗近似式α・ｔβの漸近線となっているので、バッテリの特性が多少異なっていてもそのまま適用することができる。しかも、充放電の終了から時間Ｔａ１〜Ｔｂ４の間、充放電電流が流れなければ、その都度、開回路電圧を推定することが可能になり、開回路電圧を推定できる頻度を多くすることができる。
【０１２９】
そして、本発明は、モータジェネレータが回生電力をバッテリに充電するようになっているハイブリットカーなどの車両において、バッテリの充電状態を適切に知り、効率的にバッテリを利用して燃費向上を図るために有効に適用できる。
【０１３０】
なお、本願明細書中においては、分極などの影響を受けた端子電圧を端子電圧とし、平衡状態のときの端子電圧を開回路電圧としている。
【０１３１】
更に、本実施形態では、表２の例では、充電又は放電が終了した後、８０分まで測定しているが、測定した端子電圧を読み込む際のアナログ−デジタル変換の分解能が５ｍＶ程度である場合には、６０分までの測定で十分であり、８０分まで測定することは必要ない。
【０１３２】
また、実施の形態では、Ｔａについては１０分、Ｔｂについては２０分間隔で設定しているが、この間隔は今以上に小さくすることもできる。一般的には、細分化により精度は向上するが、上述した間隔でも、隣接する期間の電圧差が十分に小さいので、今以上に細分化しても演算回数が増えることによる負担増加に比較して精度の面での向上は多くは望めない。
【０１３３】
また、本実施形態のバッテリ充電状態測定装置では、図７及び図９のフローチャートにおけるステップＳ２が請求項中の電圧測定手段２３ａ−２に対する処理となっており、図７のステップＳ４〜Ｓ８、図１０のステップＳ１６ａ〜Ｓ１６ｅが請求項中の開回路電圧推定手段２３ａ−３に対応する処理となっており、図７のステップＳ９が請求項中の演算手段２３ａ−４に対応する処理となっており、図７のステップＳ１０が請求項中の充電状態更新手段２３ａ−５に対応する処理となっている。なお、請求項中の積算式充電状態測定手段２３ａ−１に対応する処理については、フローチャートでの図示は省略している。
【０１３４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１又は１２記載の発明によれば、バッテリの充電又は放電が終了した後、又は、バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後の実質的な充放電が終了する毎に、その終了から短い時間の内に測定した端子電圧の推移により推定した開回路電圧に基づいて演算したバッテリの充電状態を用いて現在の充電状態が更新されて設定し直され、現在の充電状態が正確な値に更新されて設定されるようになり、それ以前に電流積算方式により、測定した充放電電流による加減算によって求めた充電状態に累積する可能性のある誤差を解消できるので、充放電電流を長期間にわたって連続的に積算することによる大きな累積誤差の発生を生じ難くして、バッテリの充電状態をより正確に測定できるバッテリ充電状態測定方法及び装置を提供することができる。
【０１３７】
そして、バッテリの充電又は放電が実質的に終了した後、比較的短い時間内に測定したバッテリの端子電圧によって求めた想定開回路電圧のなかから最良のものを開回路電圧として推定できるので、この開回路電圧に基づいてバッテリの充電状態をより正確に測定できるバッテリ充電状態測定方法を提供することができる。
【０１３８】
請求項２記載の発明によれば、充電又は放電が終了した後の所定時間内に、異なる複数の期間を網羅的に漏れなく設けて各期間の想定開回路電圧を求め、その中から精度の良い想定開回路電圧を見つけだすことができるので、これを用いて車両のバッテリの充電状態をより正確に測定できるバッテリ充電状態測定方法を提供することができる。
【０１３９】
また、請求項３記載の発明によれば、端子電圧を測定して収集する期間を別途定めることが必要なく、また使用しない無駄な端子電圧の測定も行わなくてもよいので、車両のバッテリの充電状態のより正確な測定の負担を軽減することのできるバッテリ充電状態測定方法を提供することができる。
【０１４０】
請求項４記載の発明によれば、端子電圧を測定して収集する期間を別途定めることが必要なく、また使用しない無駄な端子電圧の測定も行わなくてもよいので、測定の負担を軽減することのできるバッテリ充電状態測定方法を提供することができる。
【０１４１】
請求項５記載の発明によれば、隣接する期間の数に関係なく相対比較した上で、バッテリの開回路電圧を推定することができるので、測定期間に得られた端子電圧を無駄なく有効に利用して車両のバッテリの充電状態をより正確に測定できるバッテリの開回路電圧推定方法を提供することができる。
【０１４２】
請求項６記載の発明によれば、バッテリの充電又は放電が実質的に終了した後、比較的短い時間内に測定したバッテリの端子電圧によって、予め定めた近似式が決定されたときの想定開回路電圧を開回路電圧として推定できるので、充電又は放電の終了から比較的短時間の内に推定できる車両のバッテリの開回路電圧に基づいてバッテリの充電状態をより正確に測定できるバッテリ充電状態測定方法を提供することができる。
【０１４３】
請求項７〜９記載の発明によれば、バッテリの充電又は放電が実質的に終了した後、比較的短い時間内に測定したバッテリの端子電圧によって、累乗近似式の漸近線を開回路電圧として推定できるので、バッテリの充電又は放電が終了した後、比較的短い時間内に測定したバッテリの端子電圧の測定によって、累乗近似式の漸近線を求めて、これを開回路電圧として推定できるので、充電又は放電の終了から比較的短時間の内に推定できるバッテリの開回路電圧に基づいてバッテリの充電状態をより正確に測定できるバッテリ充電状態測定方法を提供することができる。
【０１４４】
請求項１０及び１２記載の発明によれば、推定開回路電圧に基づいて演算して求めた充電状態よりもより精度の良い実測開回路電圧に基づいて演算して求めた充電状態を用いて現在の充電状態を更新することができるので、推定開回路電圧だけを利用したものに比べてより正確に充電状態を測定できるようにしたバッテリ充電状態測定方法及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバッテリの開回路電圧推定バッテリ充電状態測定装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】本発明のバッテリの開回路電圧推定バッテリ充電状態測定方法を適用した本発明の一実施形態に係るバッテリの開回路電圧推定バッテリ充電状態測定装置の概略構成を一部ブロックにて示す説明図である。
【図３】充電の終了後のバッテリの端子電圧の変化を示すグラフである。
【図４】開回路電圧推定方法を説明するために使用する一グラフである。
【図５】開回路電圧推定方法を説明するために使用する他のグラフである。
【図６】本発明の方法の成立性を具体的に例示するためのグラフである。
【図７】図２中のマイコンがバッテリ充電状態測定のため予め定めたプログラムに従って行う処理を示すフローチャートである。
【図８】想定開回路電圧の更新の仕方を説明するために使用するグラフである。
【図９】図２中のマイコンが想定開回路電圧算出のため予め定めたプログラムに従って行う処理を示すフローチャートである。
【図１０】図９中の想定開回路電圧算出の具体的な処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１５ 電流測定手段（電流センサ）
２３ａ−１ 積算式充電状態測定手段（ＣＰＵ）
２３ａ−２ 端子電圧測定手段（ＣＰＵ）
２３ａ−３ 開回路電圧推定手段（ＣＰＵ）
２３ａ−４ 演算手段（ＣＰＵ）
２３ａ−５ 充電状態更新手段（ＣＰＵ）
Claims (12)
- エンジンを動力源として走行する車両に搭載されて使用されるバッテリの充電電流及び放電電流をそれぞれ周期的に測定し、該周期的に測定した前記充電電流の前記バッテリの現在の充電状態に対する加算及び前記周期的に測定した前記放電電流の前記バッテリの現在の充電状態からの減算をそれぞれ行ってバッテリの充電状態を測定するバッテリ充電状態測定方法において、
前記バッテリの端子電圧を所定の周期で測定して収集しておき、
前記バッテリの充電又は放電が終了した後、又は、前記バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後の前記収集しておいた端子電圧に対して予め定めた複数の期間の各期間内の前記端子電圧に基づいて近似された所定の近似式が漸近する電圧値を各期間の想定開回路電圧として求め、隣接する期間の前記想定開回路電圧との差が最も小さくなる期間の前記想定開回路電圧を開回路電圧と推定し、
該推定した開回路電圧に基づいて前記バッテリの充電状態を演算して求め、
該求めた充電状態を用いて前記現在の充電状態を更新して設定するようにした
ことを特徴とするバッテリ充電状態測定方法。 - 前記複数の期間の各々を、充電又は放電が終了した後、又は、前記バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後の時間によって予め定めた複数の開始点の一つと複数の終了点の一つとの組み合わせによって定める
ことを特徴とする請求項１記載のバッテリ充電状態測定方法。 - 前記開始点の最短のものと前記終了点の最長のものが、前記端子電圧を測定して収集する期間の開始と終了に対応する
ことを特徴とする請求項２記載のバッテリ充電状態測定方法。 - 前記複数の開始点の間隔を前記複数の終了点の間隔よりも小さくした
ことを特徴とする請求項２又は３記載のバッテリ充電状態測定方法。 - 隣接する期間の前記想定開回路電圧との差の絶対値の総和を隣接する期間の数で除した値が最小となる期間を、隣接する期間の前記想定開回路電圧との差が最も小さくなる期間とする
ことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のバッテリ充電状態測定方法。 - 前記収集した端子電圧が下降するものであるとき、前記各期間の端子電圧と、想定した開回路電圧との差値により、べき数が負である予め定めた累乗近似式を決定し、該決定した累乗近似式のべき数が−０．５となるか、又は、略−０．５となるまで、前記累乗近似式の決定を前記想定開回路電圧を更新しながら繰り返し実行することによって、前記累乗近似式が漸近する電圧値を求める
ことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のバッテリ充電状態測定方法。 - 前記収集した端子電圧が上昇するものであるとき、前記各期間の端子電圧から、想定した開回路電圧を減算した値の絶対値により、べき数が負である予め定めた累乗近似式を決定し、該決定した累乗近似式のべき数が−０．５となるか、又は、略−０．５となるまで、前記累乗近似式の決定を前記想定開回路電圧を更新しながら繰り返し実行することによって、前記累乗近似式が漸近する電圧値を求める
ことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のバッテリ充電状態測定方法。 - 時間をｔ、未知の係数をα、未知の負のべき数をβとすると、前記累乗近似式がα・ｔβで表される
ことを特徴とする請求項６又は７に記載のバッテリ充電状態測定方法。 - 前記端子電圧を２以上の任意の数とし、該任意数の端子電圧を回帰計算処理して前記累乗近似式のべき数βを決定する
ことを特徴とする請求項８記載のバッテリ充電状態測定方法。 - 前記バッテリの充電又は放電が終了した後、又は、前記バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後、前記バッテリの端子電圧が安定する予め定めた時間連続して該状態にあるとき、前記バッテリの端子電圧を測定することで開回路電圧を実測し、
該実測開回路電圧に基づいて前記バッテリの充電状態を演算して求め、
該求めた充電状態を用いて前記現在の充電状態を更新して設定するようにした
ことを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載のバッテリ充電状態測定方法。 - エンジンを動力源として走行する車両に搭載されて使用されるバッテリの充電電流及び放電電流をそれぞれ周期的に測定する電流測定手段と、該電流測定手段によって周期的に測定した前記充電電流の前記バッテリの現在の充電状態に対する加算及び前記電流測定手段により周期的に測定した前記放電電流の前記バッテリの現在の充電状態からの減算をそれぞれ行ってバッテリの充電状態を測定する積算式充電状態測定手段とを備えるバッテリ充電状態測定装置において、
前記バッテリの端子電圧を所定の周期で測定して収集する電圧測定手段と、
充電又は放電が終了した後、又は、前記バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後の前記収集しておいた端子電圧に対して予め定めた複数の期間の各期間内の前記端子電圧に基づいて近似された所定の近似式が漸近する電圧値を各期間の想定開回路電圧として求め、隣接する期間の前記想定開回路電圧との差が最も小さくなる期間の前記想定開回路電圧を開回路電圧と推定する開回路電圧推定手段と、
該開回路推定手段により推定した開回路電圧に基づいて前記バッテリの充電状態を演算して求める演算手段と、
該演算手段により求めた充電状態を用いて前記現在の充電状態を更新して設定する充電状態更新手段と
を備えることを特徴とするバッテリ充電状態測定装置。 - 前記電圧測定手段は、前記バッテリの充電又は放電が終了した後、又は、前記バッテリに流れる電流が予め定めた一定値以下になった後、前記バッテリの端子電圧が安定する予め定めた時間連続して該状態にあるとき、前記バッテリの端子電圧を測定し、
前記演算手段は、該測定した端子電圧を実測開回路電圧として前記バッテリの充電状態を演算して求め、
前記充電状態更新手段は、前記実測開回路電圧に基づいて求めた充電状態を用いて前記現在の充電状態を更新して設定する
ことを特徴とする請求項１１記載のバッテリ充電状態測定装置。
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